Технология разработки скальных грунтов вручную. Способы разработки грунта

Часто сравнивается с фундаментом строительной компании. От качества ее выполнения во многом зависит успех строительства, его темпы, а также прочность и надежность построенных зданий и сооружений.

Действительно, основой любого строения, принимающей на себя его вес, является фундамент, который в свою очередь, передает нагрузку на плоскость основания, роль которого играет несущий грунт.

Его подготовка, включающая расчет основания с учетом качества грунта, производится в самом начале строительных работ.

Перед началом работ в обязательном порядке проводится изучение грунтов, составляющих участок. На основании полученных данных определяется глубина разработки фундамента, объем предстоящих земляных работ, а также потребность в специальной технике.

Наиболее распространенными являются следующие виды грунтов:

• сыпучий грунт, состоящий преимущественно из песка или гравия;
• грунт с высокой связностью, состоящий из глины или суглинков;
• скальные грунты;
• грунты с низкой несущей способностью, состоящие из лессов, торфа и т.д.

В зависимости от объема земляных работ и места расположения строительной площадки (учитывается наличие подъездных путей и места для маневров техники), разработка грунта может вестись ручным или механизированным способом.

Разработка грунта механизированным способом, цена которой зависит от используемой техники и качества грунта, всегда эффективней и экономически выгодней по сравнению с ручным трудом.

В то же время ручная разработка грунта может быть единственным приемлемым способом проведения земляных работ.

Способы разработки грунта

Ручная разработка грунта

Земляные работы считаются одними из самых тяжелых видов работ, требующих специальной физической подготовки. Их проведение практикуется только в особых случаях.

Ручная разработка грунта ведется в тех случаях, когда использование землеройной техники невозможно из-за стесненных условий или малого объема работ, например, при подчистке котлованов и узких траншей, где бульдозер просто не может поместиться. При ручной разработке грунтов используются лопаты, заступы, тележки или вагонетки.

Применять ручной труд при разработке скальных грунтов допускается только в случаях аварийной ситуации.

Механизированная разработка грунта

Механизированная разработка грунта считается основным способом ведения земляных работ. При этом используется землеройная и землеройно-транспортная техника: экскаваторы и скреперы.

В свою очередь экскаваторы могут быть циклического действия, например, одноковшовые, производящие выемку и погрузку грунта, а также непрерывного действия, например, цепные или роторные, применяемые для разработки грунтов линейной выемки. Примером линейной выемки является рытье канав, глубина которых при использовании роторных экскаваторов может составлять 1,5 м, а при применении цепных экскаваторов составлять 3,5 м.

При разработке грунтов экскаваторами необходимо задействовать транспортные средства для его перемещения за пределы строительной площадки. Практикуется также разработка грунта с погрузкой бульдозерами в отвал.

В то же время скрепер выполняет одновременно две функции: транспортного средства по перемещению грунта и землеройной машины. Его рабочий орган ковш оборудован специальным ножом, обеспечивающим послойное резание грунта, сопровождающееся одновременной его погрузкой.При заполнении ковша он поднимается, переходя в транспортное положение, а затем отвозит грунт к месту его складирования. В зависимости от объема земляных работ можно использовать скреперы с различным объемом ковша от 1,5тонн до 25 тонн.

Особенности разработки грунта зимой

При необходимости земляные работы могут вестись и в зимнее время года. При этом следует учитывать, что трудоемкость работ, а также их стоимость зимой увеличивается. Так, к примеру, стоимость разработки мерзлого грунта экскаватором может увеличиться в 2 раза.

Выбор техники для разработки грунтов зимой производится в зависимости от глубины промерзания. При незначительном промерзании, составляющем 10% от объема 1м3 грунта, для работы используются скреперы или бульдозеры. Если объем замерзшего грунта в одном кубическом метре составляет 0,15%, используют экскаваторы-драглайны, а при промерзании 25% применяют экскаваторы с прямой лопатой.

При более сильном промерзании грунты перед разработкой рыхлят или скалывают специальной техникой.

Для повышения эффективности работ предпринимаются меры по защите грунтов от промерзания. Для этого их предварительно рыхлят, утепляют местными доступными теплоизоляционными материалами, например, сухой травой, листвой или хвоей. Хороший эффект по защите грунта от промерзания можно получить при использовании снегозадержания.

Особенности разработки грунта в труднодоступных местах

Выемка грунта в труднодоступных местах, там, где использование обычной землеройной техники не представляется возможным, производится вручную или с помощью специального экскаватора с телескопическим оборудованием, получившим название «планировщик». Его конструкция предусматривает выдвижение и обратное втягивание стрелы, и несколько дополнительных степеней подвижности ковша, что позволяет использовать «планировщик» для работы в стесненных условиях, под мостами и на склонах.

Особенности разработки грунта на зыбких и пучинистых почвах

Земляные работы с обычными грунтами лучше вести в теплое время года. При отрицательной температуре грунт замерзает и его прочность возрастает с несколько раз, что требует затраты больших усилий для его разработки и выемки.

Однако в некоторых случаях, например, при работе в заболоченной местности или при отсутствии подъездных путей, земляные работы ведутся зимой. Расчет делается именно на замерзание грунта и повышение его прочности, что позволяет создать подъездные пути и организовать работу техники.

В ходе строительных и горных работ разработка грунта традиционно осуществляется одним из трех способов: резание, гидромеханический разрыв, взрывным методом.

Инженер делает выбор в пользу конкретного метода исходя из предстоящих объемов работ, характера грунтовых почв, имеющихся в распоряжении технических средств разработки и т. д.

Если с рытьем котлована под строительство загородного дома запросто может справиться маленьких экскаватор, то при добыче полезных ископаемых необходимо задействовать целый комплекс машин и механизмов. Причем большинство из этих средств производства не будут напрямую задействованы в разработке грунта. Их предназначение - обслуживание процесса добычи и обеспечение бесперебойности работ.

Характеристика грунтов

Грунт - это верхний слой земной коры, образованный выветриваемыми горными породами. В зависимости от плотности и по происхождению, грунты можно классифицировать на:

• Скальные (такой грунт устойчив к воздействию влаги, предел прочности более 5 МПа). К данной категории относят гранит, известняк, песчаник.
• Полускальные (предел прочности до 5 МПа). Например: глина, гипс, мергель.
• Крупнообломочные - несцементированные обломки полускальных и скальных пород.
• Песчаные (представляют собой дисперсные (до 2 миллиметров в диаметре) частицы горных пород).
• Глинистые (мелкодисперсные (0,005 миллиметров в диаметре) частицы породы).

Разработка грунта вручную в траншеях - довольно трудоемких процесс. Он в принципе не может осуществляться при разработке скальных пород.

В состав грунтов включены твердые части, вода, а также различные газы (скапливаются в порах). Влажность грунта - величина, которая характеризует отношение массы жидкости к массе твердых тел в единице объеме. Она может варьироваться в широком диапазоне и может принимать значение от одного (песок) до двухсот процентов (ил на дне водоемов).

Грунт в процессе разработки увеличивается в объеме. Это происходит за счет образования пор и полостей. Величина изменения объема характеризуется коэффициентом разрыхления (отношение объема, занимаемого грунтом до проведения работ, к объему, который грунт занимает после разработки). С течением времени плотность разрыхленного грунта уменьшается (природное уплотнение). Возможно также осуществление принудительного уплотнения грунта с использованием тяжелой строительной техники. Плотность такого грунта приближается к первоначальной, хотя и несколько меньше. Данной разницей можно пренебречь, тем более что с течением времени и она исчезнет, а сам грунт полностью восстановит свои свойства (состарится).

Механические свойства грунтов (прежде всего, это прочность и способность деформироваться) зависят от состава и характера связи между частицами. В процессе разработки связи разрушаются, в ходе уплотнения - восстанавливаются.

Разработка резанием

Для разработки грунта данным способом используются землеройно-транспортировочные и землеройные машины.

В процессе работы режущий инструмент испытывает очень значительные фрикционные и механические нагрузки. В таких условиях обычная конструкционная таль долго не выстоит. Поэтому режущая кромка рабочего органа усиливается элементами из металлокерамики или специальными сталями. Композиционные металлокерамические пластинки наиболее эффективны в работе. Но и стоимость их довольно высока. Поэтому чаще всего ковши усиливаются напайными электродами из износостойких сплавов. Помимо всего прочего, такой ковш обладает эффектом самозатачивания в ходе работы за счет более ускоренного износа части ковша из обыкновенной стали.

Такие машины срезают определенный слой грунта. Срезанная масса по специальному транспортеру поступает на отвал либо же сразу высыпается в кузов самосвала для вывоза в карьер или на другие стройки. Под эту категорию подпадает разработка грунта экскаватором.

Типы экскаваторов

В зависимости от конструкции и параметров ковша, экскаваторы делятся на следующие типы:

• одноковшовые;
• роторные и цепные (многоковшовые);
• фрезерные.

Самым распространенным является одноковшовый тип экскаватора. Данный тип машины является широкоуниверсальным, обладает очень хорошей маневренностью. Оптимальный полезный объем ковша - от 0,15 до 2 метров кубических. Разработка грунта экскаватором (одноковшовым) с более массивным и вместительным ковшом экономически нецелесообразна, так как гидравлика и механическая часть оборудования часто выходят из строя из-за большой нагрузки.

Также, в зависимости от механизма привода, землеройные машины подразделяются на гусеничные и автомобильные. Существуют и так называемые шагающие экскаваторы, а также пневмоколесные экскаваторы. Однако на практике такие машины встречаются крайне редко, если вообще попадаются на глаза. Даже опытные строители, и то не все могут похвастаться, что работали когда-либо на одном объекте с данным типом машин.

Работа одноковшового экскаватора

Данный тип экскаватора может вести разработку грунта как боковой, так и прямой проходной. В первом случае экскаватор осуществляет работы вдоль оси перемещения. Грунт при этом сваливается в кузов грузовика, который подъезжает с другой стороны.

Во втором случае работы ведутся впереди экскаватора, а транспортные средства для загрузки подаются сзади.

Если необходимо получить значительную выемку грунта на большую глубину, то альтернативы механизированной разработке грунта нет. Все работы осуществляются путем разработки в несколько этапов (ярусов). Ярус не превышает технологические возможности конкретной модели экскаватора по глубине выемки.

Работа многоковшового экскаватора

Данный тип машин является ярким примером механизма непрерывного действия. Поэтому, разумеется, производительность такого экскаватора на порядок выше производительности обычных одноковшовых машин. Но следует сказать, что подобное оборудование применяется лишь при строительстве масштабных объектов. Для разработки грунта в траншее малых размеров данный тип техники абсолютно непригоден: очень дорогое обслуживание, очень большой расход топлива.

Рабочие ковши могут фиксироваться на цепи или на роторе. Отсюда и происходит название экскаваторов: цепные и роторные.

Данный тип экскаватора может применяться при разработке грунта 2 группы. Хотя на практике известны случаи, когда такие машины с легкостью справлялись с грунтами 1…3 групп. Почва должна быть сравнительно чистой, без больших камней и мощных пней.

Разработка землеройно-транспортными машинами

Одна машина за один рабочий цикл осуществляет извлечение породы, ее перемещение на небольшие расстояния. К таким машинам относятся скреперы, грейдеры, а также бульдозеры.

Для осуществления масштабных работ используются скреперы. Данные машины очень производительны, могут применяться в условиях грунтов 1…4 типа. Однако, несмотря на невероятную мощность, скреперу не под силу плотные грунты. Поэтому такие почвы предварительно необходимо взрыхлить. За один проход данная машина может снять слой грунта толщиной до 320 миллиметров. Конкретная величина зависит от мощности, формы ковша и модели скрепера.

Нижняя часть ковша скрепера оснащена ножом. Это не тот нож, которым большинство людей режет продукты на кухне. В данном случае приварена полоса из стойкой к истиранию и самоупрочняющейся

Бульдозеры используются для проведения работ на небольших глубинах и на большой протяженности. Также данный тип машин используется для зачистки и разравнивания дна грунта которых велась крупногабаритными экскаваторами.

На глубину бульдозер перемещается по ярусам. Глубина яруса равна величине слоя, который может снять машина за один проход. Очень важно, чтобы рабочее перемещение бульдозера осуществлялось под уклоном. Это позволит несколько разгрузить силовые агрегаты и минимизировать вероятность выхода из строя техники.

Грейдеры имеют малую мощность и потенциальные возможности. Используются в большей степени для проведения декоративных работ: устройство насыпей и откосов, осуществления планировочных работ.

Описание и область применения гидромеханической разработки

В данном случае о разработке грунтов вручную не может быть и речи. Впрочем, как и с использованием землеройных машин. Область применения весьма обширна: от создания искусственных водохранилищ до строительства дорог. Технология позволяет также намывать территории под жилую и промышленную застройку в заболоченных и прибрежных районах, подверженных паводкам. Все процессы механизированы. Данный способ разработки грунта требует создания особой инфраструктуры, что делает целесообразным его использование лишь при очень больших предстоящих объемах работ.

Гидромеханическая разработка с применением гидромониторов

Суть данного способа разработки заключается в следующем: грунт вымывается струей воды под большим давлением (порядка 15 МПа). Получаемая грязевая масса (на сленге профессионалов - пульпа), изначально скапливается в промежуточных резервуарах, а уж оттуда помпами подается по трубопроводу в нужное место.

Со временем влага полностью испаряется, и образуется плотный слой грунта. Если его уплотнить катком, то такая почва становится вполне пригодной для строительства путей сообщения (автомобильных и железных дорог).

Большим технологическим преимуществом такого способа является возможность вести разработку грунтов практически любой категории сложности.

Гидромеханическая разработка с применением землесосных снарядов

При осуществлении работ на дне водоемов разработка грунта вручную, как и с использованием традиционных землеройных машин, исключается. Необходимы специальные суда.

Землесосным снарядом называется плавательное средство, оснащенное специальным оборудованием. Мощная помпа качает размытый грунт со дна водоема и транспортирует его по трубопроводу либо в трюм судна, либо на вспомогательное транспортное судно, либо мощной струей выбрасывает далеко от места выемки грунта.

Подобные землесосные снаряды нашли применение при углублении и расчистке фарватеров судов в условиях мелководья, углубления рек с целью обеспечения бесперебойного судоходства, а также при добыче алмазов с шельфа мирового океана.

Грунтовая масса всасывается через трубу. Для всасывания ила и мягкого грунта труба не оснащается дополнительным рыхлителем. Наличие последнего необходимо при разработке плотных грунтов. По трудности разработки данный метод лидирует. Эксплуатация и обслуживания специального транспорта, его стоянка в портовых водах обходится очень дорого. Предъявляются высокие требования к квалификации обслуживающего персонала.

Разработка мерзлых грунтов

Для разработки в условиях вечной мерзлоты, а также для выработки скалистых пород, применяются мощные направленные взрывы. В качестве взрывчатки может использоваться тротил, аммонит и толл.

Взрывчатые снаряды могут размещаться как на поверхности, так и закладываться вглубь в заранее пробуренные отверстия или в природные полости.

Так называемые скважинные заряды применяют при разработке большого по площади бассейна, а также для сбрасывания грунтов. Разрывные снаряды устанавливаются в заранее пробуренные скважины. Минимальный диаметр скважины равен 200 миллиметров. Для увеличения разрушительной силы зарядов, отверстия снаружи засыпаются песком или мелкодисперсной горной породой (образуется при бурении скважин).

Шпуровые заряды применяются в том случае, когда необходимо провести выемку небольшого объема грунта. Возможно осуществлять как при открытой разработке, так и при разработке под землей. Шпуры представляют собой своего рода гильзы. Имеют диаметр от 25 до 75 миллиметров. Они заполняются взрывчаткой максимум на две трети. Оставшееся пространство заполняется горной породой (чтобы получит направленную взрывную волну и достигнуть наибольшего полезного эффекта).

Камерные заряды. Данный тип заряда применяется при необходимости производить выемку значительных объемов грунта путем осуществления направленного выброса. Суть метода заключается в следующем. В зоне выработки обустраиваются вертикальные колодцы или горизонтальные тоннели, в стенах которых бурятся глухие отверстия для закладывания зарядов. После закладки взрывчатки штольни и колодцы засыпаются грунтом (это позволяет увеличить мощность взрыва). Направление выброса обеспечивается неравномерной закладкой взрывчатого вещества. Так, с одной из сторон может быт в несколько раз больше буровых отверстий под заряды. Также с этой целью может применяться рассогласование взрывов.

Так называемый щелевой заряд применяется, в основном, при разработке грунта в условиях вечной мерзлоты. Осуществить направленный выброс такой породы едва ли получится. А вот разрыхлить ее, чтобы в дальнейшем ее можно было убрать бульдозером или экскаватором, вполне реально. Для этого используется инструмент, по принципу действия и по внешнему виду напоминающий дисковую фрезу по металлу. Только, разумеется, такой инструмент имеет куда большие размеры. Такая фреза вырезает своеобразные пазы в грунте на расстоянии до 2,5 метров друг от друга. Взрывчатое вещество закладывается не в каждый паз, а через один - полое незаполненное пространство выступает в роли компенсатора. Взрывная волна дробит грунт, и он смещается в сторону полости. Такие работы требуют тщательной подготовки и детальной проработки проекта.

1.53. При транспортировании по трубам абразивного грунта, вызывающего повышенный против нормы износ труб, следует учитывать, если это предусмотрено в проекте, повторную полную или частичную укладку трубопроводов для гидромеханизации. В этом случае возврат труб первичной и последующих укладок следует принимать в размере 65% затрат на ремонт и износ, приведенных в , на объем работ, предусмотренных проектом.

Размер и порядок расчета по возврату труб при укладке дюкеров устанавливается по проектным данным.

2.2. Объем работ по устройству выездов и съездов в котлованы, въездов на насыпи, а также уширению насыпей для разворота автомашин при отсыпке насыпей на болотах следует определять дополнительно.

2.3. Объем работ при механизированной разработке котлованов и траншей при строительстве зданий и сооружений, выемок при строительстве автомобильных и железных дорог, следует определять по проектным данным за вычетом объема недобора грунта.

Объем недобора и способ его разработки следует принимать в соответствии с главой СНиП III-8-76 "Земляные сооружения" и проектом организации строительства.

2.4. При определении объема разработки мокрых грунтов следует считать, что к мокрым грунтам относятся как грунты, лежащие ниже уровня грунтовых вод, так и грунты, расположенные выше этого уровня: на 0,3 м-для песков крупных, средней крупности и мелких, на 0,5 м - для песков пылеватых и супесей и на 1 м- для суглинков, глин и лёссовых грунтов.

Наименование работ	Коэффициенты к профильному объему насыпи при типе болота
	I	II	III
1. Отсыпка подводной и надводной части насыпи на болотах протяженностью до 1 км	1,02	1,06	1,1
2. То же, на болотах протяженностью св. 1 км	1,13	1,14	1,19

П р и м е ч а н и е. Коэффициенты определены с учетом объема грунта, расположенного ниже плоскости, возвышающейся над поверхностью болота I типа на 0,5 м, болота II и III типа - на 0,8 м.

2.19. Объемы работ, выполняемых способом гидромеханизации, принимаются:

а) при укладке грунта в отвалы- по проектному объему полезной выемки с учетом допускаемых переборов;

б) при укладке грунта в сооружение или в штабель- по проектному объему земляного сооружения или штабеля с учетом общих потерь грунта.

При намыве первого слоя (яруса) со свободными или пляжными откосами, на заболоченных или затопленных территориях, насыпей с откосами, подлежащими креплению, и в других случаях следует учитывать объем грунта, намытого за пределы проектного профиля, используемого в отдельных случаях для устройства обвалования, оснований под трубопроводы, насыпей подъездных автодорог и технологического уширения гребня. В этом случае намытый за пределы проектного профиля грунт следует учитывать в сметах с отнесением этих затрат на стоимость проектного объема земляного сооружения или штабеля;

в) при укладке грунта в ковш-накопитель (при работе с разрывом технологического цикла) - по объему грунта, укладываемому в ковш-накопитель.

Объем грунта для намыва земляных сооружений, доставляемого средствами речного флота из подводного карьера, следует принимать на 12% больше проектного объема сооружения и с учетом потерь грунта, определяемых в соответствии с указаниями, приведенными в .

2.20 . Общие потери грунта при намыве земляных сооружений (разность объема грунта, разработанного в карьере и проектного объема насыпи штабеля), устанавливаются по проектным данным в соответствии с общесоюзными нормативными документами на возведение земляных сооружений и могут складываться из следующих потерь: на обогащение грунта карьера (при сбросе мелких частиц вместе с водой), на унос грунта течением и волнением воды, на унос грунта ветром, потери при транспортировании пульпы, на вынос грунта за пределы профильного сооружения или штабеля фильтрационной водой, перемывы, допускаемые нормами.

Размеры этих потерь определяются в процентах от проектного объема сооружения или штабеля: а) потери на обогащение грунта карьера - при необходимости его обогащения в соответствии с общесоюзными нормативными документами на возведение земляного сооружения и технологией намыва, следует устанавливать в проекте в зависимости от качества грунта карьера.

При обогащении грунта до подачи пульпы на карту намываемого сооружения к установленному в проекте размеру потерь грунта на обогащение следует дополнительно учитывать потери на сброс грунта с водой в процессе намыва сооружения или штабеля;

б) потери грунта при сбросе вместе с водой через водосбросные сооружения в процессе намыва насыпи, при отсутствии требований на обогащение грунта, следует принимать согласно средневзвешенному грануло-метрическому составу грунта карьера из расчета сброса фракции от 0,05 до 0,01 мм - 10% и фракции менее 0,01 мм - 100%. Размер этих потерь при отсутствии проектных данных следует принимать 3%;

в) потери на унос грунта течением и волнением воды при намыве подводной части насыпи, а также при намыве пойменных насыпей в период подтопления следует определять в проекте в зависимости от направления и скорости течения воды, волнового режима и грануло-метрического состава грунта (при отсутствии данных, ориентировочно следует принимать 1-2%);

г) потери грунта при гидравлическом транспортировании пульпы следует принимать в размере 0,25;

д) потери на вынос грунта фильтрационной водой за пределы проектного профиля следует принимать в размере 0,5% для крупного и средней крупности песка и 1% для мелкого и пылеватого песка;

е) потери на унос грунта ветром и на перемыв проектного профиля сооружения следует определять по п. 5.34 главы СНиП III-8-76 "Земляные сооружения. Правила производства и приемки работ".

При работе землесосных снарядов с разорванным технологическим циклом через ковши-накопители потери грунта определяются для каждого землесосного снаряда отдельно с учетом потерь грунта в каждом ковше-накопителе.

Коэффициенты к сметным нормам

При необходимости выкопать узкую траншею или котлован сложной формы использование механизированных средств может представляться нецелесообразным. Ручная работа относится к категории тяжелого физического труда, оплата которого производится в процентном соотношении от обработанного объема.

Наиболее долгой, затратной по силам и средствам работой считается разработка грунта вручную в траншеях : данный вид деятельности применяется, если механизированные земляные работы выполнять технически невозможно, нецелесообразно либо невыгодно. Труд подразумевает применение ручного бурильного инструмента, лопат, пешни, ломов, иных приспособлений. Рытье траншеи/котлована глубиной более 2 м, работа в водонасыщенном грунте, в случае длительного пребывания рабочих на дне стенки требуется укреплять досками: толщина пиломатериалов – минимум 25 мм, диаметр распорок – 100 мм.

Когда требуется ручной труд?

Разработка без использования механизированного оборудования требуется в следующих случаях:

• Подземные работы. Такие действия проводятся в стесненных условиях, использование спецтехники физически невозможно: устройства нельзя развернуть, угол движения навесного оборудования слишком мал.
• Щитовые работы (сооружение тоннелей различного размера, направленности, сложности строения). Ручной труд включает применение немеханизированных щитовых устройств, способных сформировать проход должного диаметра.
• Горизонтальное продавливание слоев: забой разрабатывают вручную, куски породы вывозят ручной вагонеткой/тележкой.
• Малый объем земляных работ: ручная разработка грунта позволяет сэкономить затраты, связанные с применением спецтехники.
• Разработка вблизи проложенных инженерных сетей, опасность повреждения кабеля, трубопровода, системы дренажа.
• Разработка грунта в котловане после работы экскаваторной техники.

Работы выполняются лопатами, имеющими укороченный черенок; добор остатков породы после работы спецтехники выполняют строительным инструментом. Углубление – процесс, требующий использования ломов, буров ручного типа, пешни.

Важно! Выбор инструментов обусловлен типом грунта, глубиной раскопок, сложностью формы траншеи/котлована.

Степень сложности ручной копки

Уровень сложности работ обусловлен главным образом свойствами грунта, подлежащего раскопке. Выделяют следующие разновидности слоев:

• Скальные (гранитные, сланцевые, песчаники, конгломераты и пр.). Характеризуются высокой плотностью, жесткостью, слабым размягчением. Ручная разработка грунта скальной породы – наиболее трудоемкий процесс, отнимающий значительное количество времени.
• Песчаные. Состав включает кварцевые частицы фракцией 0,1-2 мм, процент содержания глины – менее 3%. Слои отличаются сыпучестью, отсутствием пластичности, значительным влагопоглощением. Данные виды легче поддаются обработке, ручные земляные работы отнимают меньше времени.
• Глинистые, пылевато-глинистые. Первый вид характеризуется повышенной пластичностью (показатель обусловлен процентным содержанием глины), плотностью, ручная разработка грунта такого типа идет медленнее песчаного. Второй тип содержит смесь пылеватых и глинистых компонентов: размер первых – 0,05-0,0005 мм, вторых – меньше 0,005 мм. Пылевато-глинистые слои отличает повышенная просадка, возможно сильное разбухание при попадании воды.
• Лессовидные. Грунты представляют собой слои глинистого типа с повышенным содержанием пылеватых элементов (свыше 50% состава), пористой структурой.
• Супесь, суглинок. Первый тип обладает качествами глинистых слоев, второй – песчаных.

Выбирая инструменты для механического труда, требуется учесть состояние слоев: важны показатели влажности, липкости, плотности, утрамбованности, углы откосов. Ряд случаев требует проведения подготовительных действий: так, скальный грунт необходимо разбить, куски породы вывозят с места разработки.

Ручная работа с использованием бура, пешни, ломов занимает длительное время ввиду твердости слоя. Трудность обработки глинистых слоев обусловлена повышенной жесткостью, пластичностью, земляные работы предваряет размачивание водой, позволяющее облегчить ручной труд: влажная глина проще поддается обработке.

Особенности труда

Строительные нормы допускают следующие размеры траншей и котлованов:

• Слои естественной влажности, глубокое расположение подземных вод, отсутствие коммуникаций – траншеи с вертикальными стенками могут иметь глубину до 1 м (песчаник, крупнообломочный состав), 1,25 м (супеси), 1,5 м (суглинок) и 2 м (плотная глина). Укрепление стенок необязательно.
• Условия связных слоев с укладкой труб плетями с траншейной бровки предусматривают разработку с установкой креплений: элементы предохраняют стенки от обрушения, когда в траншее идет ручная обработка. Если изначально котлован/траншею формировали механизированным образом, крепления добавляют перед спуском рабочих.
• Крепления устанавливают в обязательном порядке, если слои чрезмерно пористые, насыщенные влагой, подвижные, рассыпчатые. Близкое расположение подземных вод также требует предварительного укрепления стенок.

Важно! Разработка откосов траншей требует обозначать в ППР (проект производства работы) значение угла откоса, тип креплений, устанавливаемых по всему участку/локально. Выбор углов, типов укрепляющих элементов обусловлен физико-химическими свойствами слоя. Откосы отсутствуют в траншеях, выкопанных в местах повышенной проходимости, характеризующихся наличием искусственного покрытия (городские улицы, дороги, площади).

Ручная разработка грунта с нуля включает этапы нанесения разметки, снятия верхнего слоя почвы, собственно земляную обработку с удалением и вывозом кусков породы, выравнивание стенок, дна. Предварительно может проводиться комплекс геологических изысканий для точного определения трудоемкости обработки, выбора набора инструментов, определения сроков реализации задачи.

Обработка траншеи/котлована, вырытого экскаваторным оборудованием, включает уборку невыбранных частиц породы со дна, выравнивание стенок, углов. Сроки выполнения устанавливают, исходя из нормативов СНиП, масштаба обработки, конструкции траншеи либо котлована.

Определение расценки работ

Чтобы понять, какой процент недобора является нормой, требуется изучить данные : согласно требованиям, для котлована допустим показатель 1,75%, траншеи – 3%; доработку выполняют ручным методом. Средняя толщина грунта, убираемого лопатами – 10-15 см (дно), процент зачищенной смеси со стенок вычисляют отдельно. Определение объема убранного вручную грунта выполняют, учитывая толщину, площадь участка котлована. Разработка грунта вручную в траншеях может оплачиваться в зависимости от выполненного объема либо почасовым способом.

Опыт железнодорожного строительства и теоретические разработки в области технологии сооружения земляного полотна позволяют, устано­вить следующие технологические схемы разработки выемок экскаватора­ми с предварительным разрыхлением породы взрыванием:

– лобовую разработку экскаваторами с торцов выемки по всему ее поперечному сечению;

– лобовую разработку экскаваторами с торцов выемки с предваритель­ным взрыванием и уборкой разрыхленной породы верхнего слоя,

– многоярусную лобовую разработку выемки экскаваторами;

– лобовую разработку экскаваторами с торцов выемки с предваритель­ным взрыванием на разрушающее сотрясение (вспучивание).

Опыт показал, что взрывание выемки следует производить ярусами высотой до 5,5...7,5 м. Проходка выемок ярусами небольшой высоты облегчает ведение буровых работ и уменьшает износ бурового инструмента, а при пологих откосах облегчает выполнение доделочных работ. При крутых откосах разработка выемок высокими ярусами или на всю глубину может вызывать значительные нарушения откосов. Кроме того, при глубоком бурении требуется тщательная установка бурового става, так как даже небольшое (в 2...30 0) отклонение от заданного угла буре­ния может привести к значительному изменению расстояния между скважинами (до 1,5...2 м и более).

Основной землеройной машиной на разработке разрыхленного скального грунта при сооружении земляного полотна является экскаватор прямая лопата с ковшом емкостью 1,0... 1,6 м 3 . На крутых выемках (объемом более 100 тыс. м 3) экономичны экскаваторы с ковшом емкос­тью 2,0...2,5 м 3 , но в сложных топографических условиях горной мест­ности передислокация тяжелых экскаваторов с ковшами вместимостью 2,5 м 3 затруднительна. Кроме экскаваторов, на разработке породы с высокой степенью разрыхления возможно применение погрузчиков и скреперов. На вспомогательных работах широко применяют бульдозеры.

Рыхление грунта взрыванием в выемках производят скважинными зарядами. Объем взрываемого за один прием грунта должен обеспечивать непрерывную одно- или двухнедельную работу экскаватора. В массивах, не содержащих воды, и в периоды отсутствия дождей взрывать породу рацио­нально по всей длине выемок в один прием, если позволяют местные условия и имеющиеся средства взрывания.

При взрывании большое внимание следует уделять необходимому качеству рыхления. Максимальный размер куска взорванной породы по условиям возможности разработки грунта экскаватором не должен превы­шать 2/3 ширины ковша. Необходимая степень дробления грунта достига­ется применением различных технических приемов (короткозамедленное взрывание, заряды специальных конструкций, наклонное расположение скважин, сближенное расположение зарядов, применение скважин малого диаметра).

Получение устойчивых и ровных откосов может быть обеспечено при­менением контурного взрывания, использованием скважин малого диаметра (75...115 мм). Контурное взрывание нецелесообразно в сильно­выветренных скальных грунтах, разбитых на отдельности щелевыми трещинами или имеющих прослойки нескальных грунтов.

Для повышения качества рыхления взорванного скального грунта на БАМе впервые успешно была применена поперечно-порядноврубовая схема короткозамедленного взрывания (КЗВ). В результате суммарный объем негабарита удалось уменьшить с 25...30 % всего объема породы до 10 % и в 2 раза повысить выработку экскаваторов. Применение этой схемы взрывания в породах IX группы с использованием высокобризантных взрывчатых веществ (ВВ) (алюмотолы) позволяет получать фракции разрыхленной породы средним размером по наибольшему ребру 0,3...0,4 м. Возведение скальных выемок на косогорах включает устройство пе­шеходной тропы, обеспечение рабочего проезда (устройство технологи­ческой полки) и образование земляного полотна полного профиля.

Устройство пешеходной тропы . Пеше­ходная тропа, расположенная по возможности ближе или непосредственно на трассе строящейся дороги, необходима для осмотра мест проложения дороги перед принятием решения по организации работ, для размещения рабочих в местах сосредоточенных работ, предназначенных к выполнению в первую очередь. Тропа служит также для выноса и закрепления трассы строящейся дороги.

Во многих случаях прокладка пешеходной тропы вблизи трассы дороги оказывается невозможной. В наиболее труднодоступные места пеше­ходную тропу прокладывают от пионерной дороги, проведенной обычно в обход таких мест. Иногда прокладку тропы и обрушение нависаю­щих неустойчивых камней рабочие выполняют в снаряжении скалолазов.

Устройство технологической тропы. Для производства буровзрывных работ необходимо на всем протяже­нии выемки или, в крайнем случае, на протяжении участка, работы на котором должны быть развернуты в текущем году, проложить специаль­ную технологическую полку шириной не менее 6 м, стараясь вписать ее в слой делювия. Полку разрабатывают бульдозерами, а скальный грунт рыхлят шпуровыми зарядами с использованием ручных перфораторов и легких буровых станков.

Работы выполняет специальная бригада подрывников и, как правило, два бульдозера, от машинистов которых требуется большой опыт и внимательность. Работая на узкой полке, бульдозеры не всегда опираются на нее всей площадью гусениц. Попа­дающие под гусеницы бульдозера камни приводят к необходимости форсировать работу двигателя, а камни, попадающие между гусеницей и катками, способствуют сходу гусениц с катков.

В весьма трудных условиях работы нередко требуется помощь второго бульдозера. Необходимость взаимной помощи увеличивается, когда после взрывов остаются негабариты, для сбрасывания которых под откос нужно усилие двух бульдозеров. Все эти особенности привели к практическому правилу – ставить на работу вместе или на малом удалении один от другого не менее двух бульдозеров.

Взрывные работы ведут методом мелкошпуровых зарядов. Глубина шпуров при этом составляет обычно 1,0...1,1 толщины взрываемого слоя, а при расположении взрываемого слоя на более мягкой породе глубина шпуров уменьшается до 0,7...0,9 толщины слоя. Основной недостаток этого способа – большой объем бурения на единицу разрушаемой породы. Однако важным его достоинством является сохранение устойчивости скальных пород.

Разработка скальных пород на всю ширину земляного полотна.

На этом этапе возведения земляного полотна выполняют основные объемы скальных ра­бот (до 80 % и более). Технология этих работ обусловливается: типом по­перечного профиля; наличием и типом специальных сооружений; геологи­ческими и гидрогеологическими условиями, определяющими степень устойчивости склона; способом взрывных работ и возможностью дальнейшего использования взорванной породы; направлением перемещения по­роды – поперечным или продольным.

Разработку выемок глубиной более 6...8 м выполняют в несколько ярусов по высоте (рис. 2.1), включая и буровзрывные работы, так как взорванная порода может слежаться. Производительность работы экскаваторов и транспортных средств во многом определяется работой подрывников. Буровые работы поэтому ведутся в две смены.

Взорванный скальный грунт разрабатывают лобовым забоем проходка­ми по тем же схемам, которые применяют для разработки обычных грун­тов. Для ускорения работ выемка должна разрабатываться одновременно с двух концов – двумя захватками с каждого конца. На первой захватке пробуривают скважины и подготавливают их к взрыву, на второй – грузят ранее взорванный грунт в автосамосвалы.

Рис. 2.1. Схемы поярусной разработки скальной полувыемки

Потребное количество буровых и комплектующих машин и обслуживающего персонала рассчитывают по максимальной производительности экскаваторов, разрабатывающих выемку. Наиболее сложной является организация и технология разработки крутокосогорных полувыемок на речных прижимах, в зависимости от крутизны косогоры классифицируют следующим образом: пологие – крутизной до 20°, средней крутизны – 20...35°, крутые – 35... 65°, весьма крутые – более 65°.

При разработке полувыемок устраиваются технологические полки (шириной до 6 м), необходимые для размещения буровой и землеройной техники. В особо сложных слу­чаях предварительно устраивают пешеходную тропу шириной до 1 м, с которой взрывным способом сооружают полку. Трудоемкость сооружения полки в 3–5 раз выше трудоемкости разработки полувыемки. Поэтому полки следует устраивать заблаговременно.

На пологих косогорах полки можно не устраивать, здесь перед началом буровых работ делювий удаляют поперечными или продольными прохо­дами бульдозеров. Выемку взрывают в один прием, грунт перемещают бульдозерами в прилегающие насыпи (при небольшой дальности) или в конец выемки, где грузят экскаваторами в автосамосвалы.

На косогорах средней крутизны после устройства технологической полки в полувыемках глубиной более 7 м при крутизне откоса 1:0,5 и больше откосные и контурные скважины следует бурить в плоскости отры­ва породы. Разработку ведут по всей ширине полувыемки в несколько ярусов. Если же глубина выемки меньше 7 м, бурение скважин и взрывание рекомендуется вести участками длиной 20 м и более по всему попе­речному сечению или на всю длину полувыемки в один прием.

Рыхление средне- и труднобуримых скальных пород на пологих и среднекрутых косогорах при взрывании на значительных по длине участках рационально выполнять с применением схемы продольного вруба (рис. 2.2, а ), а на коротких участках – схемы трапецеидального вруба (рис. 2.2, б ), заряды при этом обычно располагают по квадратной сетке.

Рис. 2.2. Врубовые схемы взрывания: а – продольная; б – трапецеидальная

Для образования полувыемки на крутых косогорах рекомендуется использовать взрывание на сброс или частичный сброс захватками в 20...30 м по длине и ярусами не более 7 м по толщине, с перемещением оставшейся части породы бульдозерами под откос в низовую сторону полувыемки или с погрузкой ее экскаваторами в автосамосвалы. На весьма крутых косогорах полувыемки следует образовывать взрывом на обрушение. При этом желательно использовать контурное взрывание.

Очень крупные (по объему) полувыемки: (свыше 500 тыс. м 3) можно взрывать, используя одну из следующих технологических схем: полувыемку взрывать поярусно с высотой яруса не более 7 м, скважины первого яруса, а также ближайших к откосу нижележащих ярусов бурить машиной БТС-150, а скважины последующих рядов – буровыми станками 2СБШ-200; откосные контурные скважины бурить диаметром 75...100 мм, скважины первого яруса и первые ряды (ближайшие к откосным скважинам) бурить машиной БТС-150, скважины последующих рядов – станком 2СБШ-200. Общая принципиальная технологическая схема разработки полувыемки на крутом косогоре показана на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Схема поярусной разработки полувыемки с применением для бурения скважин различных буровых машин

Некоторые виды скальных грунтов целесообразнее рыхлить механичес­кими рыхлителями статического действия на базе тракторов мощностью 235...300 кВт и более. Стоимость рыхления грунтов при этом снижает­ся по сравнению с буровзрывным способом на 40...80 %. Производительность тракторных рыхлителей достигает 200...300 м 3 /ч на рыхлении базальтов и 650...1000 м 3 /ч при рыхлении менее крепких пород (сланцы, известняки). Для рыхления скальных грунтов применяют однозубые рыхлители с прямой стойкой. Оптимальный угол рыхления составляет 30...45°.

Рыхление грунта в выемке производят параллельными проходами рыхлите­ля горизонтальными или наклонными слоями. При рыхлении наклонными слоями (до 20°) рабочий ход рыхлителя в направлении под уклон чередуется с холостым перегоном машины вверх. На горизонтальной захватке рыхлитель движется без холостых переходов с разворотом в конце гона. Направление рыхления выбирают поперек направления основной трещиноватости.

Максимальное расстояние между бороздами не должно превышать ши­рины раскрытия борозды, иначе целик между бороздами останется ненарушенным, и работа бульдозера будет невозможной. Минимальное расстоя­ние между бороздами должно быть не менее половины ширины борозды. В противном случае стойка рыхлителя попадает в предыдущую борозду и происходит свободный сброс ее в сторону разрушенного массива.

Каждый разрыхленный слой сдвигается бульдозерами за пределы захватки рыхления. Для последующей погрузки разрыхленного грунта его собирают в бурты высотой 2...4 м. Наиболее эффективно производить погрузку грунта из буртов тракторными погрузчиками, которые имеют ряд преимуществ по сравнению с экскаваторами: меньшую массу, более высокие скорость и маневренность, меньшие эксплуа­тационные расходы и др. В частности, тракторные погрузчики в составе бульдозерно-рыхлительных комплексов хорошо себя зарекомендовали на БАМе. В качестве примера на рис. 2.4 рассмотрена технологическая последовательность разработки полувыемки на косогоре.

Рис. 2.4. Технологическая схема разработки полувыемки на крутом косогоре: а – бурение шпуров перфоратором для образования тропы; б – бурение скважин станком БМК-4; в – нарезка технологической полки бульдозером; г – бурение скважин машиной БТС-150; д – разработка яруса (погрузка разрыхленного грунта экскаватором)

Уширение скальных выемок

Работы по уширению скальных выемок под второй путь ведутся в особо сложных условиях. В первую очередь это касается производст­ва буровзрывных работ, которые выполняются в непосредственной бли­зости к действующему железнодорожному пути, но не менее сложные проблемы связаны с уборкой взорванной породы и при выполне­нии других операций, большинство из которых выполняется в «окно».

Строительство вторых путей на участках с большим объемом буровзрывных работ можно осуществлять по одному из следующих вариантов.

1. Строительство второго пути на совмещенном с действующим железнодорожным путем полотне, т.е. при уширении одной из сто­рон выемки так, чтобы расстояние от оси пути до нижней бровки откоса было не менее 10...12 метров. Это необходимо для размещения кабины экскаватора за пределами габарита приближения строений. Преимущество этого варианта – минимальный объем земляных работ. Недостатки – возможность завала пути взорванной породой и повреждения обустройств железнодорожной линии, необходимость в предо­ставлении «окон». Это приводит к значительным перерывам в движе­нии поездов и снижении производительности строительных машин.

2. Строительство второго пути с выносом его на раздельное земляное полотно на расстояние не менее 200 м от оси действующего пути. В этом случае для предохранения откоса выемки действующего пути от вредного сейсмического влияния взрывов (при разработке выемки под второй путь) ширину разделяющего межвыемочного скального массива в зависимости от глубины выемки и свойств пород принимают не менее 15...25 м. Преимущество этого варианта – уменьшение опасности повреждения пути и всех обустройств действующей железнодорожной линии, числа и продолжительности «окон» и увеличение производительности всех строительных машин. Недостаток – увеличение объема земляных работ.

3. Строительство второго пути с выносом его на раздельное земляное полотно на расстояние более 200 м от оси действующего пути (обход). Преимущество варианта – обеспечение безопасного и бесперебойного движения поездов в течение всего периода возве­дения земляного полотна второго пути. Недостаток – увеличение объемов земляных работ.

Как видно, наиболее сложной является организация производства работ по уширению выемок под второй путь на совмещенном земляном полотне. В зависимости от местных условий работы по уширению выемки могут быть организованы по одной из следующих схем.

1. Выемки глубиной до 2 м при крутых откосах, глубиной до 3 м при пологих откосах (крутизной 1:1 и менее) в породах любой крепости при расстоянии от оси пути до основания откоса 4,5 м и более целесообразно разрабатывать сразу на полное сечение. Длина одновременно взрываемых участков может составить при этом 100 м и более. Применение продольно-порядных схем КЗВ с замедлением взрывов продольных рядов скважин от полевой стороны в сторону пути позволяет получить направленный развал породы в полевую сто­рону без нарушения габарита приближения строений и без завала пути взорванным грунтом. Такая схема разработки неглубоких скальных выемок обеспечивает достаточную загрузку экскаваторов и безопасность движения поездов при минимальном занятии перегона для производства скальных работ.

2. Выемки глубиной до 4...6 м при пологих откосах (крутизной 1:1 и менее) в легкодробимых породах при уширении выемки на 4...6 м или больше целесообразно разрабатывать на полное сечение. Массив взры­вают методом скважинных зарядов, уменьшенных по срав­нению с зарядами рыхления и рассчитанных на сотрясение (до вспучивания) скальной породы в пределах проектного контура уширяемой части выемки без значительного развала породы в сторону пути.

3. При глубине выемок в легкодробимых породах более 6 м и уширении на 6...10 м ее разбивают на два яруса (или больше). Для взрывания ярусов применяют направленные в полевую или торцовую стороны скважинные заряды.

4. Выемки глубиной более 2...3 м при крутых откосах (крутизной 1:0,75 и более) в породах VI...Х групп при уширении до 6…10 м целесообразно разрабатывать на полное сечение взрыванием скважинных зарядов с торцов выемки короткими участками с направленностью взрыва в полевую или торцовую сторону. При этой схеме обеспечиваются лучшее и безопасное расположение и работа строительных машин и механизмов в основании выемки на уровне основной площадки земляного полотна.

5. Выемки глубиной более 2...3 м при любой крутизне откоса и любых породах, но при уширении более 10 м целесообразно разрабатывать в 1–2 яруса и более взрыванием удлиненных участков скважинными зарядами одним из следующих вариантов: а) с предварительным образованием с полевой стороны выемки в пионерную траншею за счет применения поперечно-порядной косой схемы КЗВ; б) взрыванием скважинных зарядов с образованием вруба с полевой стороны, а также взрыванием скважинных отбойных зарядов в основной части выемки с обеспечением направленности взрыва в полевую сторону за счет применения поперечно-порядной косой схемы КЗВ.

6. Косогорные выемки при крутых и весьма крутых высокоподнимающихся склонах разрабатывают с предварительной пробивкой пешеходной тропы, затем технологической полки и, наконец, выемки на полный профиль методом скважинных зарядов в 1–2 яруса и более по одной из ранее рассмотренных выше схем.

Контрольные вопросы и Задания

1. Какими особенностями отличаются организация и технология железнодорожного строительства в горных условиях?

2. Какие преимущества и недостатки имеют насыпи, возводимые на обычных основаниях из скальных грунтов?

3. Какими нормами определяется крутизна откосов выемок в скальных грунтах?

4. В каких случаях можно возводить выемки с вертикальными откосами (крутизной 1:10)?

5. Назовите основные виды буровзрывных работ при сооружении земляного полотна в горных условиях.

6. Какие виды взрывов и зарядов применяются при разработке скальных выемок?

7. Назовите составы основных комплектов машин для возведения земляного полотна из скальных грунтов.

8. Расскажите: а) для каких целей и как устраивают пешеходную тропу; б) для каких целей и с помощью каких машин устраивают технологическую тропу.

9. Поясните, чем отличаются способы разработки полувыемок на пологих, крутых и весьма крутых косогорах.

10. Сравните два способа разработки скальных выемок: с использованием взрывов и с использованием бульдозеров-рыхлителей для разработки грунтов.

11. Перечислите основные способы сооружения вторых путей, укажите их преимущества и недостатки.

12. Какие существуют способы уширения скальных выемок под второй путь и в каких случаях их применяют?

13. Объясните принцип, положенный в основу способа короткозамедленного взрывания.

14. Рассчитайте величину технологически необходимого расстояния от подошвы откоса до оси существующего пути при погрузке взорванной породы экскаватором ЭО-5111.