Разработка технологических решений по устройству котлована

Исходные данные Описание подготовительных работ, которые должны быть выполнены до начала разработки котлована Определение объёма котлована, объёмов растительного слоя и и грунта, вывозимого в отвал Выбор машины для снятия растительного слоя, определение её производительности и схемы работы Выбор экскаватора обратная лопата для разработки котлована Выбор экскаватора прямая лопата для разработки котлована Определение количества автосамосвалов для обеспечения работы экскаваторов обратная и прямая лопата Выбор машины для планирования дна котлована, и её производительность Выбор машины для уплотнения дна котлована и определение её производительности

Исходные данные

Требуется разработать котлован с размерами, м:

длина 70 м, ширина 60 м, глубина 5 м;

Грунт: супесь толщиной 16 м влажностью 12%

Растительный слой толщиной 0,2 м Расстояние до отвала грунта 1,8 км Работы ведутся в летнее время, в течение двух смен продолжительностью по 8 часов, при пятидневной рабочей неделе.

Ориентировочный срок выполнения работ 1 месяц.

Описание подготовительных работ, которые должны быть выполнены до начала разработки котлована

котлован строительство отвал До начала работ по устройству земляных сооружений выполняют подготовительные работы, которые разделяются на внешнеплощадочные и внутриплощадочные.

К внешнеплощадочным работам относятся работы по прокладке магистральных сооружений:

— автомобильных дорог;

— линий связи и электропередачи с трансформаторными подстанциями;

— водопроводов и заборных устройств;

— газопроводных сетей с распределительными пунктами.

Внутриплощадочные работы подготовительного периода включают:

— расчистку территории строительной площадки, снос не используемых в процессе строительства временных сооружений;

— планировку территории

— создание геодезической разбивочной основы, геодезические разбивочные работы инженерных сетей, дорог, зданий и сооружений.

— отвод поверхностных вод, понижение уровня грунтовых вод;

— перенесение линий связи, электропередач и трубопроводов из зоны строительства, прокладку новых инженерных сетей;

— устройство постоянных и временных дорог;

— размещение инвентарных временных зданий и сооружений для контроля и оперативного руководства строительством, обогрева рабочих, приёма пищи, хранения рабочей одежды и инвентаря;

— устройство складских площадей, помещений и оборудования для хранения материалов, конструкций и запасных частей, для заправки машин;

— устройство временного ограждения строительной площадки;

— обеспечение строительной площадки противопожарным оборудованием и средствами сигнализации;

— организация временного освещения, охраны и связи для управления производством работ

Определение объёма котлована, объёмов растительного слоя и и грунта, вывозимого в отвал

Объём котлована найдем по формуле:

(м³) (2.1)

Где V_k — объём котлована, м³;

Н — глубина котлована (по заданию 5м), м;

а и bразмеры дна котлована (по заданию 70 м и 60м), м;

а₁ и b₁ — размеры котлована по верху, м.

а₁=а+2тH (м) (2.2)

b₁=b+2mH (м) (2.3)

где m — коэффициент заложения откоса (принимаем по таблице), для грунта «супесь» при глубине котлована Н=5м.

т=0,9;

в=70 (м);

а=60 (м);

в₁=70+2*0,9*5=79 (м);

а₁=60+2*0,9*5=69 (м).

V_k=5/6(4200+5451+ 149*129)=24 060 (м³).

Определение объёма растительного слоя.

(м³) (2.4)

Где h_pc =0,2 — толщина растительного слоя, м. (по заданию)

V_pc=79*69*0,2=1090 (м³)

Определение объёма грунта, подлежащего обработке.

(м³) (2.5)

Подставим полученные значения формул 2.1 и 2.4 в формулу 2.5, получим объём грунта, подлежащий обработке:

V_p =24 060 — 1090=22 970 (м³).

Устройство въезда в котлован, объём экскавации.

Открытые котлованы удобны, т.к. обеспечивают въезд в котлован.

Работы по устройству въезда следует учитывать при определении объёма экскавации и разработке технологической схемы.

(м³) (2.6)

Где b_ПТ=1,5…2,0 — ширина пионерной траншеи понизу, м;

В_ПТ — ширина пионерной траншеи поверху, м;

В_ПТ= b_ПТ+2mH_p (м) (2.7)

В_ПТ=2+2*0,9*4,8=10,64 (м).

Н_р— рабочая глубина разрываемого котлована, м;

Н_р=Н-h_pc (м) (2.8)

Н_р=5−0,2=4,8 (м).

L_p — длина въезда, м.

L_p = Н_р /i (м) (2.9)

Где i — уклон въезда, может быть порядка 0,10.

L_p = 4,8 /0,10=48 (м).

Подставим полученные значения формул 2.7, 2.8, 2.9 в формулу 2.6:

V_L=(10,64+2)/2*0,5*4,8*48=728 (м³).

Выбор машины для снятия растительного слоя, определение её производительности и схемы работы

Снятие растительного слоя обычно выполняют бульдозеры 10 т тяги. Растительный слой отсыпают в кавальер, который находится на расстоянии 10 м от края котлована до оси кавальера.

Для этой работы подберем бульдозер ДЗ-18 со следующими характеристиками:

Таблица 1. Технические характеристики бульдозера ДЗ-18.

Производительность бульдозера определяем по формуле:

(м³/ч) (3.1)

Где q — объём грунтовой призмы перед отвалом бульдозера на конечной стадии копания (принимаем по табл.1), м³;

t_ц — длительность рабочего цикла, с;

К_П — коэффициент потерь грунта при движении бульдозера;

K_П=1−0,005* l_тр

K_П=1−0,005*49,5=0,8

К_Р — коэффициент разрыхления грунта при разработке, для супеси =1,15;

К_В — коэффициент использования рабочего времени смены (=0,80…0,90).

Длительность рабочего цикла определим по формуле:

t_ц=t_коп+t_тр+t_р+t_пор+t_доп © (3.2)

где t_коп — длительность операции копания-набора грунта в призму (по табл.1), с;

t_коп=9 с.

t_тр — длительность транспортировки грунтовой призмы, с;

t_тр=l_тр/V_тр © (3.3)

где l_тр — путь транспортировки грунтовой призмы, м;

l_тр=а₁/2+с (м) (3.4)

l_тр=69/2+10=44, 5 м.

V_тр — скорость транспортировки грунтовой призмы (по табл.1), м/ч;

V_тр=8,8*1000/3600=2,44 (м/ч)

t_тр=44,5/2,44?19 с.

t_р — длительность раскладки грунтовой призмы слоем определённой толщины, при сосредоточенной разгрузке грунтовой призмы (в отвал, в кавальер, в обратную засыпку) t_р=0 ©.

t_пор — длительность порожнего хода бульдозера, с;

t_пор=(l_коп+l_тр+l_р)/V_тр © (3.5)

где l_коп — средний путь набора грунта в призму (по табл.1), м;

l_р — длина пути раскладки (при сосредоточенной разгрузке грунтовой призмы в кавальер) l_р=0, м

t_пор=(4+19+0)/2,44?10 с.

t_доп — дополнительное время на переключение передач, перестановку отвала и повороты, t_доп=10с.

t_ц=9+19+0+10+10=48 с.

=65,739? 66 (м³/ч).

Выбор экскаватора обратная лопата для разработки котлована

При глубине котлована 2…6 м целесообразно использовать экскаватор с обратной лопатой. При использовании экскаватора с обратной лопатой разрабатывается закрытый (глухой) котлован, что не обеспечивает въезд в котлован.

При выборе марки экскаватора с ковшом определенного объёма следует учитывать то, что конфигурация забоя должна быть такой, чтобы обеспечить безопасность экскаватора и его максимальную производительность. Эти условия выполняются в том случае, если высота разрабатываемого уступа Н_р составляет определенную часть паспортной характеристики экскаватора Н_коп.max, то есть наибольшей глубины или высоты копания.

Н_р= Н_коп.max*в (м) (4.1)

Где Н_коп.max — паспортная характеристика высоты разрабатываемого уступа, м;

в — коэффициент высоты забоя экскаваторов, для обратной лопаты может быть принята 0,7.

Так как из формулы (2.8) мы уже знаем величину Н_р, то можем найти Н_коп.max требуемую для разработки нашего котлована и принять экскаватор, соответствующий требованиям.

Н_коп.max=4,8/0,7=6,86 м.

Принимаем экскаватор обратная лопата ЭО-5122.

Таблица 2. Технические характеристики экскаватора обратная лопата ЭО-5122.

Определим размет меньшей стороны котлована:

а₁=а+ 2тН_р (м) (4.2)

а₁=60+2*0,9*4,8=68,64?69 м.

Разработка котлована начинается с проходки пионерной (разрезной) траншеи.

Ширину пионерной траншей понизу принимаем равной 2 м. Ширина пионерной траншеи поверху была посчитана в формуле 2.7, и она равна 11 м.

b_ПТ=2 м;

В_ПТ?10,6 м.

Ширина бокового забоя:

В_БЗ=1,3* R_коп.max (м) (4.3)

Где В_БЗ — ширина бокового забоя, м;

R_коп.max — наибольший радиус копания (по табл.2), м.

В_БЗ= 1,3*10,7=14 м.

Определим количество боковых забоев:

п_БЗ=(а₁— В_ПТ)/ В_БЗ (4.4)

п_БЗ = (69−10,6)/14 =4 забоя+2 м остаток в 2 м распределим на четыре боковых забоя:

В_БЗ= 14+2/4=14,5 м Т. о., разработка котлована будет осуществляться пионерной траншеей с размерами поверху В_ПТ=11 м понизу b_ПТ=2 м, и тремя боковыми забоями с размерами поверху и понизу В_БЗ= 14,5 м.

Эксплуатационную производительность экскаватора определяем по формуле:

(м³/ч) (4.5)

Где q=2 м³— объём ковша (принимаем по табл.2);

t_ц=22 с — длительность рабочего цикла (принимаем по табл.2);

К_Н =1,1- коэффициент наполнения ковша, для супеси;

К_Р =1,15- коэффициент разрыхления грунта, для супеси;

К_В =0,9 — коэффициент использования рабочего времени смены (0,80…0,90).

(м³/ч)

Выбор экскаватора прямая лопата для разработки котлована

При использовании экскаватора прямая лопата, разрабатываются открытые котлованы, которые удобны, т.к. обеспечивают въезд в котлован.

Выбор экскаватора прямая лопата осуществляется так же, как и для обратной лопаты:

Н_р= Н_коп.max*в (м) (5.1)

Где Н_коп.max — паспортная характеристика высоты разрабатываемого уступа, м;

в=1,0 — коэффициент высоты забоя экскаваторов, с прямой лопатой для супеси.

Н_коп.max=4,8/1,0=4,8 м.

Принимаем экскаватор прямая лопата ЭО-5122.

Таблица 3. Технические характеристики экскаватора прямая лопата ЭО-5122.

Для прямой лопаты устройство наклонного входа с уклоном i=10% в котлован является первой стадией его разработки: экскаватор начинает разрабатывать грунт ниже отметки стояния, постепенно заглубляясь до отметки Н_р в конце наклонного входа — на границе подошвы котлована. Разработка грунта должна быть начата от будущей подошвы котлована на расстоянии L_p, которое посчитано в формуле 2.9:

L_p = 48 (м).

Пионерную траншею, являющуюся продолжением наклонного входа в котлован, разрабатываем нормальным лобовым забоем, при котором облегчается маневрирование и установка под погрузку автосамосвалов. Ширину пионерной траншеи понизу принимают равной двум радиусам копания на уровне стояния:

b_nm=2*R_cm (м) (5.2)

где b_nm — ширина пионерной траншеи, м;

R_cm — радиус копания на уровне стоянки (по табл.3), м.

b_nm=2*4,7=9,4 м.

Разрабатываем максимально широкую траншею поверху, допуская возможность оползания верхней части откоса в процессе разработки грунта:

B_nm=2*R_коп.max (м) (5.3)

Где B_nm — ширина пионерной траншеи поверху, м;

R_коп.max — наибольший радиус копания (по табл.3), м.

B_nm=2*8,9=17,8 м.

Определим размеры бокового забоя:

В₁= R_коп.max (м) (5.4)

Где В₁ — расстояние от оси движения экскаватора до бровки откоса забоя, м.

В₁=8,9 м.

В₂= 0,7*R_коп.max (м) (5.5)

Где В₂ — расстояние от оси движения экскаватора до подошвы забоя, м.

В₂= 0,7*8,9=6,2 м.

Полная ширина бокового забоя:

В₁+ В₂ (м) (5.6)

8,9+6,2=15,1 м.

В_л^в= В₁+ В₂ -т'*Н_р (м) (5.7)

Где В_л^в — ширина ленты, ширина забоя поверху, м;

т' =0,7 — коэффициент заложения откоса котлована, для забоев прямой лопаты (супесь).

В_л^в=15,1−0,7*4,8=11,7м.

Определим количество боковых забоев:

п_бз=(а₁— B_nm)/ В_л^в (5.8)

п_бз=(69−17,8)/11,7?4 забоя +4,4 м.

Остаток 4,4 м можно считать недобором по 2.2 м с каждой стороны котлована. При необходимости недобор можно устранить экскаватором — планировщиком (обратная лопата с широким ковшом) или драглайном.

В_л^н=(а₁— B_nm)/ п_бз (м) (5.9)

Где В_л^н — ширина ленты, ширина бокового забоя понизу, м.

В_л^н=(69- 17,8)/ 4=12,8 м.

Эксплуатационная производительность экскаватора определяется по формуле:

(м³/ч) (5.10)

Где q=2 м³— объём ковша (принимаем по табл.3);

t_ц=20 с — длительность рабочего цикла (принимаем по табл.3);

К_Н =1,1- коэффициент наполнения ковша, для супеси;

К_Р =1,15- коэффициент разрыхления грунта, для супеси;

К_В =0,9 — коэффициент использования рабочего времени смены (0,80…0,90).

(м³/ч)

Определение количества автосамосвалов для обеспечения работы экскаваторов обратная и прямая лопата

Для перевозки грунта в отвал на расстояние 1,8 км разрабатываемого экскаваторами грунта используются автосамосвалы.

Для экскаватора обратная лопата.

При подборе автосамосвала учтем, что наилучшим является отношение вместимости ковша экскаватора (2 м³) к вместимости кузова автосамосвала 1:4…1:6.

Т. о. выбираем автосамосвал Татра-148, технические характеристики представим в таблице 4.

Таблица 4. Технические характеристики автосамосвала Татра148.

Производительность автосамосвала определяется по формуле:

П_э^ч=q*К_в*60/t_ц (м³/ч) (6.1.1)

Где q — объем грунта в кузове автосамосвала (по табл.4), м³;

t_ц — длительность цикла (рейса), мин.;

К_в — коэффициент использования рабочего времени смены (примем равным 0,90).

t_ц=t_м+t_п+t_р+t_гх+t_пх (6.1.2)

где t_м=2мин — время маневрирования при погрузке и разгрузке, мин;

t_п — время погрузки, мин;

t_р=1 мин — время разгрузки, мин ;

t_гх — время груженого хода, мин;

t_пх — время порожнего хода, мин.

t_п= t_ц^экс*п_к (мин) (6.1.3)

где t_ц^экс=22 с=0,4 мин. — продолжительность цикла экскаватора, мин;

п_к — количество ковшей, необходимое для полной загрузки автосамосвала;

п_к=q_сам/q_ковша (6.1.4)

где q_сам =11,1 м³ — объем грунта в кузове автосамосвала (по табл.4), м³;

q_ковша=2 м³ — объём ковша экскаватора (по табл.2), м³.

п_к=11,½=5,5 м³.

t_п=0,4*5,5=2,2 мин.

При движении автосамосвалов туда и обратно по одной трассе принимаем:

t_гх+ t_пх=60*2L/V_ср (мин) (6.1.5)

где L — расстояние между пунктами (1.8), км;

V_ср — средняя скорость самосвала по трассе (примем равной 20 км/ч), км/ч.

t_гх+ t_пх=60*2*1,8/20=10,8 мин.

t_ц=2+2,2+1+10,8=16 мин.

П_э^ч=11.1*0,9*60/16=37,5 м³/ч.

Определим необходимое количество автосамосвалов N_AC для непрерывной работы по формуле:

N_AC=П_э^экс/П_э^АС (6.1.6)

Где П_э^экс — эксплуатационная часовая производительность экскаватора, м³/ч;

П_э^АС — эксплуатационная часовая производительность автосамосвала, м³/ч.

N_AC=282/37,5=8 автосамосвалов необходимо для непрерывной работы.

Для экскаватора прямая лопата.

Выбираем тот же автосамосвал, что и для экскаватора обратная лопата.

Посчитаем по формулам 6.1.2 — 6.1.5 длительность загрузки:

п_к=11,½=5,5 м³.

t_п=0,3*5,5=1,8 мин.

t_ц=2+1,8+1+10,8=15,6 мин.

Эксплуатационная часовая производительность автосамосвала по формуле 6.1.1 будет:

П_э^ч=11.1*0,9*60/15,6=38,4 м³/ч.

Необходимое количество автосамосвалов определим по формуле 6.1.6:

N_AC=310/38,4=9 автосамосвалов необходимо для непрерывной работы.

Выбор машины для планирования дна котлована, и её производительность

Планировка дна котлована необходима для устранения недобора грунта после экскавации и выравнивания слоя грунта перед уплотнением. После планировки бульдозер должен оставить такой слой грунта, который после уплотнения обеспечил бы получение проектной отметки дна котлована.

Для планировки используем тот же бульдозер ДЗ-18 с универсальным отвалом, который устанавливается с небольшим перекосом.

Определим производительность по формуле:

П_ч^э=(60/t_ц)*F*K_в (м²/ч) (7.1)

Где F — площадь, планируемая за один проход бульдозера, м²;

t_ц — длительность цикла, мин. Можно принять

t_ц=2L/V (мин) (7.2)

обычно бульдозер выполняет планировку со средней, транспортной скоростью. Где L — длина гона (захватки) — длина дна котлована, т. е. L=b=70 м. t_ц=(2*70*60)/(8,8*1000)=0,95?1 мин.

F=L*(B-b') (м²) (7.3)

Где B=3,9 м — длина отвала бульдозера (для ДЗ-18), м;

b' =0,5 — перекрытие захваток и уменьшение ширины хода из-за перекоса отвала;

F=70*(3,9−0,5)=238 м².

П_ч^э=(60/1)*238*0,9=12852 (м²/ч).

Выбор машины для уплотнения дна котлована и определение её производительности

Заключительным этапом работ по устройству котлована является уплотнение его дна. Для уплотнения несвязного грунта используем вибрационные гладковальцевые или комбинированные (вибровалец + пневматики) самоходные катки. Т. к. при экскавации и планировке плотная природная структура грунта нарушается на глубину не более 20 см, считаем что именно такой толщины должен быть уплотняемый слой.

Выбираем вибрационный каток ДУ-10А со следующими характеристиками:

Таблица 5. Технические характеристики вибрационного катка ДУ-10А.

Определяем производительность катка по формуле:

(м²/ч) (8.1)

Где V_cp — средняя скорость движения катка при уплотнении (по табл.5), км/ч;

h=0,2 — толщина уплотняемого слоя, м;

В — ширина полосы уплотнения (по табл.5), м;

b =0,15 м — перекрытие полосы уплотнения, м;

п=2 — количество проходов по одному следу (по табл.5)

(м²/ч).

Разработка графика работ по устройству котлована

Работы ведутся в летнее время, в течение 2 смен по 8 часов, при 5-и дневной рабочей неделе, 1 месяц.

В месяце порядка 40 рабочих смен.

Сменная производительность определяется по формуле:

П^э_см=П^э_ч*8 (м3) (9.1)

Где П^э_см — сменная производительность, м³;

П^э_ч — часовая производительность, м³/ч.

Требуемое количество машино-смен определяется по формуле:

N_маш-см=V/ П^э_см (машино-смен) (9. 2)

Где V_pc — объем грунта, требующий разработки, м³;

Для снятия растительного слоя.

Определим сменную производительность бульдозера:

П^э_см=66*8=528 м ³

Определим требуемое количество машино-смен для снятия растительного слоя:

Зная V_pc=1090 м³ — объем растительного слоя.

N^Б_маш-см=1090/528=2,06?2,5 машино-смены.

Для разработки грунта котлована экскаватором.

Экскаватор обратная лопата:

Определим сменную производительность экскаватора:

П^э_см=282*8=2256 м³.

Требуемое количество машино-смен для разработки грунта экскаватором обратная лопата:

N^Э_маш-см =22 970/2256=10,18?10,5 машино-смен.

Экскаватор прямая лопата:

Определим сменную производительность экскаватора:

П^э_см=310*8=2480 м³.

Определим объём разрабатываемого грунта, с учётом въезда в котлован:

V=22 970+728=23 698 м³

Требуемое количество машино-смен для разработки грунта экскаватором прямая лопата:

N^Э_маш-см =23 698/2480?10 машино-смен.

Для транспортировки грунта автосамосвалом.

Т. к. известно количество автосамосвалов, обслуживающих экскаватор, количество машино-смен автосамосвалов равно произведению количества машино-смен экскаватора на количество обслуживающих его самосвалов:

N^АС_маш-см= N^Э_маш-см *N_АС (машино-смен) (9.3.1)

Для глухого котлована:

N^АС_маш-см=8*10,5=84 машино-смены.

Для открытого котлована:

N^АС_маш-см=9*10=90 машино-смены.

Для планировки дна котлована.

Определим сменную производительность бульдозера:

П^э_см=13 529*8=108 232 м².

Требуемое количество машино-смен для планировки дна котлована:

N_маш-см=S_k/ П^э_см (машино-смен) (9.4.1)

Где S_k — площадь дна котлована, м²;

S_k=а*в (м²) (9.4.2)

S_k=60*70=4200 м².

N^Пл_маш-см=4200/108 232=0,04?1 машино-смена.

Для уплотнения дна котлована.

Определим сменную производительность катка:

П^э_см=945*8=7560 м².

Требуемое количество машино-смен для уплотнения дна котлована:

N^Упл_маш-см=4200/7560=0,55?1 машино-смена.