Организация производства земляных работ

земляной экскаватор котлован шлюз

Согласно строительным нормам и правилам, каждое строительство должно быть обеспечено проектной документацией по производству работ в соответствии со СНиП 3.01.01.-85.

Данный курсовой проект в совокупности представляет единый комплекс задач, тесно связанных между собой, которые решаются при проектировании земляных работ в гидротехническом строительстве при наличии подходных каналов, котлована под судоходный шлюз и оградительных дамб. Решения курсового проекта принимаются на основе изучения передовых достижений науки, техники и производства в области технологии и организации строительства.

В курсовом проекте последовательно решаются следующие задачи :

изучение отметок рельефа, формы и привязки котлована под гидротехнические сооружения, грунтовых условий ;

определение объемов грунта при возведении котлована, подходных каналов, дамб и обратной засыпки ;

составление сводного баланса земляных масс ;

составление схемы перемещения грунта и определение средней дальности транспортировки грунта ;

назначение и обоснование способов разработки, транспортировки, разравнивания, планировки и уплотнения грунта ;

выбор оптимального варианта производства земляных работ и комплекта машин ;

определение необходимого количества транспортных средств для вывоза грунта ;

расчет средств водопонижения в пределах котлована;

разработка технологической карты на отрывку котлована.

Исходные данные

Для выполнения курсового проекта необходимы следующие данные:

1. План строительной площадки с нанесенными на нем горизонталями, осями судоходной системы и оградительной дамбы (приложение 1)

2. Поперечный разрез шлюза с указанием геометрических размеров (рисунок 3.1.)

3. Отметки :

горизонта верхнего бьефа ГВБ = 80 м.

горизонта нижнего бьефа ГНБ = 70 м.

грунтовых вод УГВ = 67 м.

4. Сроки выполнения работ: 6 месяца (начало - май)

5. Ведущая машина для разработки грунта: экскаватор с оборудованием прямая лопата.

6.Грунтовые условия: песок

7. Район строительства: г. Красноярск

Подсчет объемов работ по земляным выработкам и насыпям

Для определения размеров земляных сооружений необходимо, прежде всего, найти размеры конструкций шлюза, пользуясь данными задания и поперечным разрезом камеры шлюза (рисунок 3.1.)

Рисунок 3. 1 - Поперечный разрез котлована шлюза

Как видно из рисунка, ширина котлована шлюза равна

Вкш = В + 6 + 30, м

где В - ширина камеры шлюза по заданию (В = 18 м.);

6 - толщина стен, м.;

30 - увеличение ширины котлована шлюза для удобства производства работ по возведению камеры шлюза, м.

Таким образом, ширина котлована шлюза равна:

Вкш = 15+ 6 + 30 = 51 м.

Длина котлована шлюза определяется как длина камеры шлюза плюс увеличение длины котлована для удобства производства работ:

L_кш=l+30=340+30=370 м

30 - увеличение длины котлована шлюза для удобства производства работ по возведению камеры шлюза, м.

Проектирование начинается с компоновки генерального плана. На план с горизонталями в соответствии с заданной осью судоходной системы наносятся контуры котлована шлюза и подходные каналы. Расположение котлована шлюза принимают на пересечении осей оградительной дамбы и судоходной системы.

Примыкание подходных каналов к котловану шлюза выполняют в соответствии с нижеприведенной схемой:

Рисунок 3. 2 - План примыкания судоходных каналов к котловану шлюза

После компоновки плана вычерчивается продольный профиль по оси судоходной системы. Масштабы продольного профиля:

по горизонтали 1:10 000;

по вертикали 1:100 .

(Продольный профиль оси судоходной системы см. приложение 2).

Проектная отметка дна верхнего подходного канала (ДВПК) равна отметке горизонта верхнего бьефа (ГВБ) за вычетом 4 м.:

ДВПК = ГВБ - 4 = 80 - 4 = 76 м.

Проектная отметка дна нижнего подходного канала (ДНПК) равна отметке горизонта нижнего бьефа (ГНБ) за вычетом 4 м.:

ДНПК = ГНБ - 4 = 70 - 4 = 66 м.

Проектная отметка дна котлована шлюза (ДКШ) равна отметке дна нижнего подходного канала (ДНПК) за вычетом толщины днища (Д):

ДКШ = ДНПК - Д = 66 - 3 = 63 м.

ВД = ГВБ + 2 м = 80 + 2 = 82 м

Для построения продольного профиля необходимо на плане произвести пикетаж. Пикеты проставляются от начала судового хода начиная с ПК 0, через каждые 100 м по всему судовому ходу.

На продольном профиле красные отметки это проектируемые отметки, черные - это отметки поверхности земли. Рабочие отметки - разница между черными и красными отметками.

Так как отметка дна нижнего подходного канала (ДНПК) ниже бытового горизонта воды в реке, то между каналом и рекой оставляется временная целиковая перемычка (рисунок 3.3.)

Рисунок 3. 3 - Схема расположения целиковой перемычки

В местах перелома продольного профиля и характерных точках вычерчивают поперечные сечения выработок. Поперечные профили строятся без искажений масштаба.

Крутизну откосов подходных каналов рассчитывают исходя из условий предъявляемых в СниП 2.06.04−82.

Размеры котлована на уровне плоскости горизонта подсчитывают, учитывая допустимую крутизну откосов, которая определяется в зависимости от вида грунта и глубины выемки по СНиП 3.02.01.-87 Правила производства и приемки работ.

В данном курсовом проекте крутизну откосов котлована шлюза можно принимать в соответствии с рисунка 3.4.

Рисунок 3. 4 - Поперечное сечение котлована шлюза

Значение n2 определяется в зависимости от вида грунта и глубины выемки по таблице 3.1. в методических указаниях к курсовому проекту /1/, а n1 = 0.5 + n2.

Для песка при глубине выемки от 3 до 5 метров n2 = 1, n1 = 1+ 0.5 = 1.5

Крутизна откосов подходных каналов рассчитывается, исходя из условий, предъявляемых в СНиП. В данном курсовом проекте крутизну откосов принимают по схеме рисунок 3.5., где n3 = 3; n4 = 1.5 .

(Поперечные сечения котлована шлюза см. приложение 3).

Рисунок 3. 5 - Откосы в подходных каналах

(Поперечные сечения подходных каналов см. приложение 4).

Проектирование оградительных дамб выполняется аналогично, как и по оси судоходной системы. Отметку верха дамбы принимают выше горизонта верхнего бьефа на 2 м. (ГВБ + 2). Ширину дамбы по гребню принимают 20 м. Расстановку пикетов производим от реки до горизонтали соответствующей верху дамбы.

Крутизна откосов назначается по рис. 3.6, где n5 = 3; n6 = 1.5 .

Рисунок 3. 6 - Поперечное сечение дамбы

(Продольный профиль дамбы и поперечные сечения дамбы см. приложение 5)

После построения продольных профилей и поперечных сечений производится подсчет объемов земляных работ, отдельно по выработкам и насыпям. Объем грунта подсчитывается по упрощенной формуле :

где Fi + Fi+1 - площади поперечников, м².

L - расстояния между поперечниками, м.

Учитывая, что объем котлована шлюза значительно превышает объем камеры шлюза, следует после ее постройки произвести обратную засыпку пазух грунтом, заранее отсыпанным в отвал по обе стороны котлована. Засыпку производят с двух сторон на всю длину шлюза по приведенной на рисунке 3.7. схеме. Схема обратной засыпки выполняется на одном из поперечных сечений по котловану шлюза.

Рисунок 3. 7 - Схема обратной засыпки грунта

Расчет объема выемок и насыпей производится в табличной форме (таблица 1).

Таблица 1 — Ведомость подсчета объёмов земляных работ.

Таблица. Итого по ПД 11 760 м³

Условные обозначения :

ВПК - верхний подходной канал;

КШ - котлован шлюза;

НПК - нижний подходной канал;

ЛД - левая дамба;

ОЗ - обратная засыпка.

Составление баланса земляных масс на строительной площадке

По результатам подсчета объемов грунта составляют баланс земляных масс в табличной форме (таблица 2)

Таблица 2 — Баланс земляных масс.

При составлении баланса земляных масс необходимо стремиться к максимальному использованию грунта из выемок для отсыпки насыпей, соблюдая при этом минимальную дальность возки. Излишек грунта отвозится в кавальер.

В балансе земляных масс геометрический объём насыпей (ЛД и ОЗ) уменьшают на величину остаточного разрыхления, поскольку уплотнить грунт до естественной плотности не возможно. Для этого объем насыпи делят на показатель остаточного разрыхления грунта, выраженный в процентах. Показатель разрыхления для суглинка равен kор =3%.(таблице 4.2 /1/).

Таким образом, объем насыпи равен :

V = Vг -3%

где Vг - геометрический объем грунта (из таблицы 1)

Грунт обратной засыпки необходимо разместить в отвалы. Отвалы располагают с двух сторон котлована шлюза.

Для определения размеров отвалов необходимо определить объем одного отвала:

К_пр— показатель первоначального увеличения грунта после разработки, %

Высоту отвала принимаем h=4…6м; h=6м, длину стороны b определяем графически:

Вторую сторону определяем как:

Отвалы показаны в масштабе на плане. Также на плане необходимо показать расположение кавальеров. Кавальеры располагаются в незатопляемой зоне не менее чем в 50 метрах от сооружения. Объем кавальера также необходимо увеличить на показатель первоначального разрыхления. Высота кавальера h=4…6 м, длина одной стороны не более 300 м, расстояние между кавальерами не менее 20 м.

Принимаем два кавальера, площадью 10 816 м² и 88 209 м²

На плане стрелками показано направление перемещения грунта.

Определение средней дальности перемещения грунта

Среднюю дальность перемещения грунта определяют для последующего выбора комплекта землеройно-транспортных машин (таблица 3).

Таблица 3 — Определение средней дальности перемещения грунта.

Средняя дальность возки грунта определяется по формуле:

где V1, V2, …Vn - частные объемы перемещаемого грунта согласно баланса земляных масс, м. куб. ;

L1, L2, … Ln - частные расстояния перемещения этого же грунта, м.

Значения L1, L2, … Ln определяют как расстояния между центрами тяжести выемки и насыпи.

Lср = 301 200 000/ 1 139 000 = 264,4 м.

Выбор комплектов машин для производства земляных работ

Для разработки грунта в котловане шлюза и подходных к нему каналов в качестве ведущей машины применяют экскаваторы с оборудованием прямая лопата.

В зависимости от месячного объема земляных работ определяют емкость ковша экскаватора. Месячный объем земляных работ определяется как отношение объема выемок к продолжительности работ (6 месяца) :

Vмес = 1 666 001/6= 277 666,8 м³/мес.

В соответствии с таблицей 6.1. определяется емкость ковша экскаватора:

для месячного объема разрабатываемого грунта свыше 100 000 м. куб. емкость ковша экскаватора должна находиться в пределах 2,0 - 4,0 м³

Для сравнения вариантов предварительно выбираем два типа экскаваторов, отличающихся емкостью ковша. По таблице 6.2. выбираем экскаваторы: ЭО-7111 с емкостью ковша 2,5 м³, ЭКГ-4 с емкостью ковша 4 м³.

Из этих экскаваторов выбираем один, имеющий наибольшую экономическую эффективность.

Для этого определяем стоимость разработки 1 м.куб. грунта для каждого типа экскаваторов:

где 1,08 - коэффициент, учитывающий накладные расходы;

Смаш-см - стоимость машино-смены экскаватора (по табл. 6.2), руб./смен.;

Псм.выр. - сменная выработка экскаватора, м. куб./смен.

где V - объем разрабатываемого грунта, м. куб. ;

nмаш-смен - количество машино-смен экскаватора.

где Нм.вр. - норма машинного времени на единицу измерения, маш-час

(по ЕНиР Е 2−1 /3/);

8,2 - продолжительность рабочей смены, час ;

W - единица измерения, 100 м. куб.

Затем определяем удельные капитальные вложения на разработку 1 м³ грунта для каждого типа экскаваторов :

где Сир - инвентарно-расчетная стоимость экскаватора, может быть принята по табл. 6.2, руб. ;

tгод - нормативное число смен работы экскаватора в году, для машин с объемом ковша более 0,65 м. куб. может быть принято 300 смен.

Далее определяем приведенные затраты на разработку 1 м³ грунта :

П = С + ЕК ,

где Е - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, равный 0,15.

По наименьшим приведенным затратам выбираем экскаватор для разработки грунта.

ЭО — 7111 ЭКГ-4

Вместимость ковша с зубьями 2,5 м³ 4 м³

Длина стрелы 8,6м10,5 м

Наибольший радиус копания12м14,3 м Радиус копания на уровне стоянки7,2м8,7 м

Наибольшая высота копания10м10м

Наибольший радиус выгрузки 10,8 м 12,6 м Наибольшая высота выгрузки 7м6,3 м

Масса экскаватора 86 т 180т

Грунт-песок без примесей, 2 группа грунта.

ЭО-7111

Нм.вр. = 0,53 маш-час

W = 100 м³

nмаш-смен = (1139*0,53) / (8,2*100) =0,74

Псм.выр. =1139/0,5 =1539,1 м³/смен С = (1,08*2989) / 1539,1=2,1 руб/м³

К = (1,07*56 070)/ (1539,1*300)=9,09 руб/м³

П = 2,1+ 0,15*9,09= 3,5 руб/ м³

ЭКГ-4

Нм.вр. = 0,41 маш-час

W = 100 м. куб.

nмаш-смен = (1139*0,41) / (8,2*100) =0,57

Псм.выр. =1139/0,57 =1998,2 м³/смен С = (1,08*5774,3) / 1998,2 = 3,1 руб/ м³

К = (1,07 8 190 000)/ (1998,2*300)=14,84 руб/ м³

П = 3,1+ 0,15*14,84= 5,3руб/ м³.

Полученные цены необходимо умножить на коэффициент, равный 70. Так как цены предоставленные в ЕниРе устарели.

Так как приведенные затраты для экскаватора ЭО-7111 меньше, чем для экскаватора ЭКГ-4(3,5<5,3), то в качестве основной машины для разработки грунта принимаем экскаваторЭО-7111 с емкостью ковша 2,5 м³.

В качестве комплектующих машин для вывоза лишнего грунта из выемок и обеспечения совместной работы с экскаватором выбираем автосамосвалы. Марку автосамосвалов и их грузоподъемность назначаем в соответствии с таблице 6.3 и 6.4

Так как среднее расстояние транспортирования грунта составляет 264,4 м. и емкость ковша экскаватора равна 2,5 м³., то по вышеуказанным таблицам выбираем автосамосвалы МАЗ-525, имеющие следующие характеристики:

грузоподъемность - 25 тонн

емкость кузова - 14,3 м³

Количество транспортных средств:

где Тц - время одного цикла работы транспортной единицы, мин.;

tн - расчетное время загрузки транспортной единицы, вычисленное по проектируемой производительности экскаватора, мин.

Время цикла работы транспортной единицы:

Тц = tн + tп + tр + tм ,

где tп - время пути, мин.;

tр - время разгрузки, мин.;

tм - время маневров транспортной единицы, мин.

При определении времени загрузки tн сначала подсчитывают количество ковшей с грунтом n, требующихся для заполнения одной транспортной единицы:

где Q =25 - грузоподъемность транспортной единицы, т.;

? = 1,6 - плотность грунта, т/ м³.

е = - геометрическая емкость ковша экскаватора, м³.

Кн = 0,87 - коэффициент наполнения ковша разрыхленным грунтом, (табл. 6.5).

n=25/1,62,5 0,87=7,18,

Полученное значение округляем в меньшую сторону до целого числа

(n = 7), тогда время загрузки:

где Пн - нормативная производительность экскаватора, определяется по формуле:

Пн =ТW/Нм.вр.=1? 100/0.41=244 м³/ч

Следовательно, время загрузки равно:

tн=72,50,8760/244=3,74 мин.

Время пути определяется по формуле:

где Lcp = 0.264 км - средняя дальность перевозки грунта;

Vср - средняя скорость движения транспорта, км/час.

Средняя скорость движения определяется по табл.6.6 и 6.7. Для грунтовых не накатанных дорог при грузоподъемности самосвала 25 тонн средняя скорость равна 18 км/час. При перевозке грунтов на расстояния менее 5 км средняя скорость уменьшается на коэффициент, равный 1,2. Таким образом, средняя скорость движения автомобиля равна:

Vср = 18/1,2 = 15 км/час.

Тогда время пути равно:

tп = (2 0,264 60) / 15 = 2,11 мин.

Время разгрузки tр и время маневров транспорта tм принимается по табл. 6.8. В соответствии с данной таблицей, для автомобиля с грузоподъемностью 25 тонн:

tр + tм = 4,23 мин.

Следовательно, время полного цикла работы равно:

Тц = 3,74+ 2,11+ 4,23 = 10,08 мин.

Количество автосамосвалов на один экскаватор:

Nтр = 10,08/ 3,74 = 2,7

Полученное количество транспортных средств округляем до целого числа:

Nтр = 3

После выбора типа и марки экскаватора необходимо назначить комплект машин для производства земляных работ. Наиболее рациональной формой выполнения работ является комплексная механизация, при которой ряд технологически зависимых процессов осуществляют различными машинами, увязанными в едином процессе по признаку производительности.

Для производства земляных работ в данном курсовом проекте необходимы следующие машины: