Технологические решения по устройству котлована

Технологические решения по устройству котлована

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

До начала земляных работ на строительной площадке, предусматриваются следующие первоочередные подготовительные работы:

§  создание опорной геодезической основы;

§  пересадка зеленых насаждений в охранную зону;

§  отвод поверхностных и грунтовых вод;

§  вынесение существующих инженерных сетей с пятна застройки;

§  перенос линии связей и электропередачи;

§  прокладка временных коммуникаций;

§  устройство площадок для стоянки строительных машин;

§  устройство временных бытовых помещений;

§  удаление камней;

§  удаление растительного слоя;

§  выравнивание поверхности;

§  ограждение строительной площадки.

2. Определение объема котлована, объемов растительного слоя грунта, вывозимого в отвал (закрытого и открытого котлованов)

Разрабатываемый котлован в плане имеет прямоугольную форму.

Схему котлована см. Приложение 1.

Объем котлована можно вычислить по формуле:

, где

H - глубина котлована;

a - ширина нижнего основания котлована;

a₁ - ширина верхнего основания котлована;

b - длина нижнего основания котлована;

b₁ - длина верхнего основания котлована.

Ширину и длину котлована поверху, определяем по формуле:

;

, где

m - величина заложения откосов, зависящий от рода и вида грунта, от степени его водонасыщения и от глубины в соответствии с таблицей 1 [1].

Для песка принимаем m=1,1.

;

.

Схему разрабатываемого котлована см. рис. 1.

.

Для определения объем растительного слоя воспользуемся формулой:

, где

h_р.с. - высота растительного слоя грунта;

h_Р.С.=0,4 м.

.

Объем грунта подлежащий разработке V_р можно определить как разность объемов всего котлована V_с и растительного слоя над котлованом V_р.с.:

;

.

 

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

В данной работе разрабатываемый растительный слой отсыпается в кавальеры, оси которых расположены на расстоянии 10 м от границы котлована.

По таблице 7 [2] принимаем коэффициент разрыхления грунта К_р=1,1.

В связи с малым расстоянием транспортировки разрабатываемого грунта (10 м), для разработки растительного слоя используем бульдозер. Выбор бульдозера зависит от геометрических размеров котлована. В соответствии с рекомендациями [2] по выбору бульдозера в данной работе, для снятия растительного слоя, применяем бульдозер марки ДЗ-28.

Таблица 1. Технические характеристики бульдозера марки ДЗ-28

Наибольшее тяговое усилие, т×с	10
Объем грунтовой призмы q для несвязного грунта, м3	1,5
Продолжительность набора в призму грунта I категории tкоп, с	4,2
Скорость перемещения, км/ч:
При копании грунта	2,4
При транспортировке и раскладке грунта	6,4
При холостом пробеге	10,0
Размер отвала, м
Длина	3,9
Высота	1,0

Разработку грунта осуществляем челночным способом, от края котлована к оси кавальера, условно разделяя растительный слой котлована на две половины. При необходимости ускорения работ можно задействовать два бульдозера, работающих по такой же схеме.

Схему движения бульдозера при разработке растительного слоя и расположения кавальеров (план) см. Приложение 2.

Эксплуатационная производительность бульдозера определяется с помощью следующей формулы:

, где

q_ц - объем грунтовой призмы перед отвалом бульдозера на конечной стадии копания копания, м³;

q =1,5 м³(см. табл. 1);

t_ц - длительность рабочего цикла бульдозера, с.;

К_п - коэффициент потерь грунта при движении бульдозера;

К_р - коэффициент разрыхления грунта;

К_р=1,10;

К_в - коэффициент использования рабочего времени, К_В=0,8.

Длительность рабочего цикла бульдозера может быть определена по формуле:

, где

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

t_тр - длительность транспортировки грунтовой призмы, с;

t_р - длительность раскладки грунта, с;

t_хол - длительность холостого хода, с;

t_доп - дополнительное время, с._коп=4,2 с.

, где

L_тр - длина пути бульдозера при транспортировке;

, где

с - расстояние от оси кавальера до края котлована, С=10 м;

;

V_тр - скорость перемещения бульдозера при транспортировки

V_тр= 6,4 км/ч = 1,78 м/с;

.

, где

L_р - длина пути бульдозера при раскладке грунта;

, где

С_р =0,4 м - толщина раскладки (соответствует толщине растительного слоя);

В-длина отвала (см. табл. 1);

B=3,9 м;

;

q =1,6 м³(см. табл. 1);

;

V_р - скорость перемещения бульдозера при раскладки грунта;

V_р= V_тр = 1,78 м/с;

.

, где

V_хол - скорость перемещения бульдозера при холостом ходе (см. табл. 1);

V_хол=10,0 км/ч=2,8 м/с;

;

;

.

t_доп= 10 с.

Получаем:

.

Эксплуатационная производительность бульдозера ДЗ-28:

.

4. Выбор экскаватора «обратная лопата» для разработки глухого котлована, расчет забоев, определение его производительности

котлован отвал экскаватор разработка

Разработка котлована ведется с помощью экскаватора «обратная лопата».

После удаления растительного слоя глубина разрабатываемого грунта составит:

, где

H_рс - толщина растительного слоя грунта, h_рс=0,4 м;

.

Пересчитывает ширину котлована поверху:

;

Для обеспечения безопасности и высокой производительности марку экскаватора выбираем из условия:

, где

b - коэффициент высоты забоя экскаватора обратная лопата принимается по табл. 3 [1];

b=0,7;

;

Таблица 2. Характеристики экскаватора ЭО-5122

Объем ковша q, м3	1,6
Наибольшая глубина копания Нкоп max, м	8,0
Наибольший радиус копания Rкоп_max, м	11,3
Продолжительность цикла tц, с	25
Радиус выгрузки при наибольшей высоте выгрузки Rвыг, м	8,2

Разработка котлована начинается с разработки пионерной траншеи, приходящей по центру котлована.

Как правило принимают b_пт=(1,5÷2,0) м.

b_пт=2,0 м.

Ширина пионерной траншеи поверху В_пт определяется по формуле:

;

.

Пионерная траншея проходится лобовым забоем. Дальнейшая разработка ведется боковыми проходками. Ширина для всех боковых забоев принимается одинаковой.

Максимальная ширина бокового забоя определяется по формуле:

;

.

Количество боковых забоев определяем по зависимости:

;

.

Принимается n_бз=2.

Пересчитываем ширину бокового забоя:

;

.

Схему разработки котлована экскаватором «обратная лопата» см. Приложение 3

Эксплуатационная производительность экскаватора определяется по формуле:

, где

q_ц - объем ковша экскаватора;

q_ц =1,6 м³;

t_ц - длительность рабочего цикла экскаватора, принимается табл. 2;

К_н - коэффициент наполнения ковша экскаватора, принимаем из [2] табл. 6: К_н=1;

К_р - коэффициент разрыхления грунта, принимаем из [2] табл. 7;

К_р=1,1;

К_в - коэффициент использования рабочего времени;

К_в=0,8.

Подставив в формулу все принятые значения коэффициентов, получим эксплуатационную производительность экскаватора:

.

5. Выбор экскаватора «прямая лопата» для разработки открытого котлована, расчет забоев, определение его производительности

Разработка открытого котлована ведется с помощью экскаватора «прямая лопата».

Котлован разрабатывается в следующей последовательности:

а) устройство наклонного входа в котлован;

б) разработка пионерной траншеи;

в) разработка боковых забоев.

Устройство наклонного входа в котлован:

Определяем длину наклонного входа в котлован:

, где

i - уклон входа в котлован;

i=10%;

.

Ширину наклонного въезда в котлован принимаем равной ширине пионерной траншеи, определяемой далее, которая является продолжением входа в котлован. Объем разработки входа в котлован учитываем при составлении графика производства работ экскаватора.

Для облегчения маневрирования и установки автосамосвалов под погрузку, пионерную траншею разрабатываем нормальным забоем.

Размер меньшей стороны котлована поверху определяем как:

, где

m’ - коэффициент заложения откоса котлована;

m’=1,1;

.

Наибольшая высота копания определяется по формуле:

, где

b - коэффициент высоты забоя экскаватора прямая лопата принимается по табл. 3 [1];

b=1,1;

.

По требуемой величине Н_коп.max по табл. 2 приложения [1] выбираем экскаватор марки ЭО-3122.

Таблица 3. Характеристики экскаватора ЭО-3122.

Объем ковша q, м30,65
Наибольшая высота копания Нкоп max, м	7,3
Наибольший радиус копания Rкоп_max, м	6,8
Радиус копания на уровне стоянки Rст, м	3,4
Продолжительность цикла tц, с	14
Радиус выгрузки при наибольшей высоте выгрузки Rвыг, м	4,6

Определяем размеры пионерной траншеи:

;

, где

b_пт - ширина пионерной траншеи понизу;

В_пт - ширина пионерной траншеи поверху;

;

.

Определение объёма наклонного въезда в котлован.

Объём наклонного въезда в котлован определяется по следующей формуле:

, где

 - площадь поперечного сечения середины въезда;

 - длина въезда.

;

.

Таким образом, объём наклонного въезда в котлован равен:

.

Основные характеристики забоев:

Расстояние от оси движения экскаватора до бровки откоса забоя для несвязного грунта:

;

.

Расстояние от оси движения экскаватора до подошвы откоса забоя:

;

.

Ширина бокового забоя поверху:

.

Ширина ленты (ширина забоя понизу):

;

.

Количество боковых забоев определяется по формуле:

;

.

Принимается n_бз=6.

Пересчитываем ширину бокового забоя поверху:

;

.

Пересчитываем ширину бокового забоя понизу:

;

.

Схему разработки котлована экскаватором «прямая лопата» см.

Приложение 4.

Эксплуатационная производительность экскаватора определяется по формуле:

, где

q_ц - объем ковша экскаватора;

q =0,65 м³;

t_ц - длительность рабочего цикла экскаватора (см. табл. 3);

К_н - коэффициент наполнения ковша экскаватора, принимаем по табл. 6 в [2];

К_н=1;

К_р - коэффициент разрыхления грунта, принимаем из табл. 7 в [2];

К_р=1,1;

К_в - коэффициент использования рабочего времени;

К_В=0,8.

.

6. Определение количества автосамосвалов для обеспечения работы экскаваторов «обратная и прямая лопата»

В данной работе для перевозки разрабатываемого экскаваторами грунта используются автосамосвалы (а/с). Это связано с большим расстоянием в 1,6 км транспортировки грунта до отвала.

Для экскаватора «обратная лопата»:

По табл. 17 [2] исходя из того, что расстояние транспортирования грунта 1,6 км и вместимость ковша экскаватора q=1,6 м³.

Назначаем грузоподъемность а/с: q=12,0 т.

По табл. 3 в [1] выбирается автосамосвал марки КраЗ-256Б.

Характеристики данного автосамосвала приведены в таблице 4.

Таблица 4. Характеристики КраЗ-256Б

Грузоподъемность, т	12,0
Погрузочная высота, м	2,4
Габариты, м - длина - ширина - высота	8,1 2,7 2,9
Полная масса, т	23,2

Объем грунта в кузове автосамосвала q=8,9 м³ (для грунта I категории принимаем по табл. 13 [2]).

Производительность автосамосвала определяется по следующей формуле:

, где

q - объем грунта в кузове автосамосвала, м³;

t_ц - длительность рабочего цикла автосамосвала, с;

К_в - коэффициент использования рабочего времени;

Длительность цикла автосамосвала t_ц определяется по формуле:

, где

t_м, t_п, t_р, t_гх, t_пх - продолжительность операций;

Продолжительность маневрирования при погрузке и продолжительность разгрузки с соответствующим маневрированием (t_м+ t_р) для автосамосвала марки КраЗ-256Б грузоподъемностью 12,0 т принимается по рекомендациям [2].

.

Длительность погрузки грунта (t_п) I категории в автосамосвал с использованием экскаватора марки ЭО-5122, объем ковша которого равен 1,6 м³, принимается по табл. 15 [2].

t_п=2,9 мин.

Продолжительность соответствующего маневрирования, груженого хода, порожнего хода, (t_гх, t_пх) при движении автосамосвалов туда и обратно по одной трассе, принимается:

, где

L - расстояние между пунктами погрузки и разгрузки;

L=1,6 км;

V_ср - средняя скорость передвижения автосамосвалов.

Для асфальтных дорог при дальности перевозки равной 16 км средняя расчетная скорость передвижения автосамосвалов V_ср принимается по табл. 16 [2].

V_ср=31 км/ч=0,517 км/мин.

;

Тогда:

.

Коэффициент использования рабочего времени автотранспорта в течение смены примем по [2];

К_в=0,9.

Подставляя все полученные величины в формулу, получаем:

.

Для обеспечения непрерывной работы экскаватора марки ЭО-5122 необходимо соблюдение соотношения:

, где

N_а/с - количество автосамосвалов;

П^э_а/с и П^э_экс - часовые эксплуатационные производительности одного автосамосвала и экскаватора.

Требуемое количество автосамосвалов N_а/с составит:

;

Принимается количество автосамосвалов марки КраЗ-256Б равное 4.

Для экскаватора прямая лопата:

По табл. 17 [2] исходя из того, что расстояние транспортирования грунта 1,6 км и вместимость ковша экскаватора q=0,65 м³.

Назначаем грузоподъемность а/с: q=8,0 т.

По табл. 3 в [1] выбирается автосамосвал марки МАЗ-503А.

Характеристики данного автосамосвала приведены в таблице 5.

Таблица 5. Характеристики МАЗ-503А

Грузоподъемность, т8,0
Погрузочная высота, м	2,4
Габариты, м - длина - ширина - высота	5,8 2,5 3,3
Полная масса, т	15,4

Объем грунта в кузове автосамосвала q=5,9 м³ (для грунта I категории принимаем по табл. 13 [2]).

Продолжительность маневрирования при погрузке и продолжительность разгрузки с соответствующим маневрированием (t_м+ t_р) для автосамосвала марки МАЗ-503А грузоподъемностью 8,0т принимается по рекомендациям [2].

.

Длительность погрузки грунта (t_п) I категории в автосамосвал с использованием экскаватора марки ЭО-3122, объем ковша которого равен 0,65 м³, принимается по табл. 15 [2].

t_п=3,6 мин.

Продолжительность соответствующего маневрирования, груженого хода, порожнего хода, (t_гх, t_пх) при движении автосамосвалов туда и обратно по одной трассе, принимается:

, где

L - расстояние между пунктами погрузки и разгрузки;

L=1,6 км;

V_ср - средняя скорость передвижения автосамосвалов.

Для асфальтных дорог при дальности перевозки равной 1,6 км средняя расчетная скорость передвижения автосамосвалов V_ср принимается по табл. 16 [2].

V_ср=31 км/ч=0,517 км/мин.

;

Тогда:

.

Коэффициент использования рабочего времени автотранспорта в течение смены примем по [2];

К_в=0,9.

Подставляя все полученные величины в формулу, получаем:

.

Для обеспечения непрерывной работы экскаватора марки ЭО-3122 необходимо соблюдение соотношения:

, где

N_а/с - количество автосамосвалов;

П^э_а/с и П^э_экс - часовые эксплуатационные производительности одного автосамосвала и экскаватора.

Требуемое количество автосамосвалов N_а/с составит:

;

Принимается количество автосамосвалов марки МАЗ-503А равное 5.

7. Выбор машины для планировки дна котлована и определение её производительности

Планировка дна котлована осуществляется с помощью бульдозера. Бульдозер используется той же марки, что и при снятии растительного слоя ДЗ-28, с тяговым усилием 10 тс. Характеристики данного бульдозера приведены в табл. 1. При планировке бульдозер перемещается поступательно челночно (вперёд - рабочий ход, назад - холостой ход).

Эксплуатационная производительность бульдозера на планировочных работах определяется по формуле:

, где

t_ц - длительность рабочего цикла бульдозера, с;

К_в - коэффициент использования рабочего времени;

К_в=0,8;

F - площадь, планируемая за один проход бульдозера, определяемая по формуле:

L - длина гона (захватки) - длина дна котлована;

L=b=80 м;

В-длина отвала бульдозера;

В=3,9 м;

b' - перекрытие захваток (полос при планировке) и уменьшение хода из-за перекоса отвала;

b'=0,5 м.

.

Определяем длительность цикла по формуле:

, где

V_ср - средняя скорость бульдозера при транспортировке и раскладке грунта, принимается по табл. 1.

V_ср=6,4 км/ч.

Тогда длительность цикла равна:

;

Тогда эксплуатационная производительность бульдозера:

.

8. Выбор машины для уплотнения дна котлована и определение её производительности

Дно котлована представляет собой слой песка - несвязного грунта. Для уплотнения несвязного грунта (песок) используем вибрационный самоходный каток марки ДУ-25.

Таблица 6. Технические характеристики вибрационного катка ДУ - 25

Тип катка	Самох.
Толщина уплотняемого слоя, см	30
Ширина уплотняемой полосы, см	100
Скорость движения, км/ч	1,8; 6,6
Количество проходов по одному следу	3…6
Масса, т.	4,3

Для определения производительности катка используем следующую формулу:

, где

V_ср - средняя скорость движения катка при уплотнении, принимаем по табл. 6;

V_ср=5,0 км/ч;

В-ширина полосы укатки (см. табл. 6);

b’’ - перекрытие полос при уплотнении принимается по рекомендациям [1];

b’’=0,2 м;

n - количество проходов по одному следу (см. табл. 6);

n=5;

К_в - коэффициент использования рабочего времени;

К_в=0,85.

Тогда эксплуатационная производительность катка равна:

.

9. Разработка графика производства работ по устройству глухого котлована

Календарный график выполняется в табличной форме. На календарном графике для каждого вида работ указаны следующие величины:

§  Наименование работ;

§  Объем работ;

§  Используемые в данной работе машины и их количество;

§  Количество машино-смен;

§  Рабочие дни, каждый рабочий день на графике должен состоять из принятого количества рабочих смен (2).

Ориентировочный срок выполнения работ 1 месяц, при двухсменной работе продолжительностью 8 ч в сутки и пятидневной рабочей недели.

Формула для определения кол-ва машино-смен, необходимых для выполнения определенной работы имеет вид:

, где

V - объём данного вида работ;

П^э_см - эксплуатационная сменная производительность машины;

, где

К - продолжительность смены;

К =8 ч;

П^э_ч - часовая эксплуатационная производительность машины.

Таблица 7. Определение количества машино-смен

Вид работ	Объем работ, м3	Часовая эксплуатационная производительность, м3/ч	Сменная эксплуатационная производительность, м3/см	Расчетное количество машин	Количество машино-смен
Снятие растительного слоя	1610,5	101,94	815.5	1,97	2
Разработка грунта котлована экскаватором «обратная / прямая лопата»	17493,98	167,56	1340,48	13,38	14
	17493,98	121,56	972,48	18,45	19
Транспортировка грунта самосвалами для обеспечения экскаватора «обратная / прямая лопата»	-	Количество машин 4	-	-	56
		Количество машин 5	-	-	95
Планировка дна котлована	2400	870,4	6963,2	0,34	1
Уплотнение дна котлована	720	204	1632	0,44	1

) Снятие растительного слоя

Сменная производительность бульдозера при снятии растительного:

.

Определение количества машино-смен бульдозера при снятии растительного слоя:

, где

V_рс. - объем растительного слоя;

V_Р.С.=1610,5 м³;

маш-см.

Окончательно принимаем для снятия растительного слоя котлована одним бульдозером ДЗ-28 2 машино-смены.

) Разработка грунта котлована экскаватором «обратная лопата»

Определяем сменную производительность экскаватора прямая лопата по формуле:

.

V_р - объём, подлежащий разработке;

V_р=м³.

Определяем количество машино-смен экскаватора:

 маш-см.

Для разработки грунта котлована одним экскаватором ЭО-5122 с «обратной лопатой» необходимо 14 машино-смен.

) Разработка грунта котлована экскаватором «прямая лопата»

Определяем сменную производительность экскаватора прямая лопата по формуле:

.

V_р - объём, подлежащий разработке;

V_р=м³.

Определяем количество машино-смен экскаватора:

 маш-см.

Для разработки грунта котлована одним экскаватором ЭО-3122 с «прямой лопатой» необходимо 19 машино-смен.

4) Транспортировка грунта автосамосвалами для обеспечения экскаватора «обратная лопата»

Определяем общее количество машино-смен автосамосвалов:

, где

N_ас - количество автосамосвалов;

N_ас=4;

N^Э_маш-см - количество машино-смен экскаватора;

N^Э_маш-см=14 маш-см;

Тогда:

маш-см.

Для транспортировки грунта пятью автосамосвалами КраЗ-256Б необходимо 56 машино-смен.

) Транспортировка грунта автосамосвалами для обеспечения экскаватора «прямая лопата»

Определяем общее количество машино-смен автосамосвалов:

, где

N_ас - количество автосамосвалов;

N_ас=6;

N^Э_маш-см - количество машино-смен экскаватора;

N^Э_маш-см=16 маш-см;

Тогда:

маш-см.

Для транспортировки грунта пятью автосамосвалами МАЗ-503А необходимо 95 машино-смен.

) Планировка дна котлована

Определяем сменную производительность бульдозера при планировке:

.

Определяем количество машино-смен бульдозера при планировке дна котлована:

, где

а и b - размеры дна котлована;

а=30 м; b=80 м;

, маш-см.

Для планировки дна котлована бульдозером ДЗ-28 необходима 1 машино-смена.

) Уплотнение дна котлована

Определяем сменную производительность катка по формуле:

.

Определяем количество машино-смен катка по формуле:

, где

а и b - размеры дна котлована;

а=30 м; b=80 м;

h - толщина уплотняемого слоя;

h=0,3 м;

 маш-см.

Для уплотнения дна котлована вибрационным самоходным катком марки ДУ-25 необходима 1 машино-смена.

Построение календарного графика производства земляных работ см. приложение табл. 1.

Список литературы

1.   В.М. Галузин. Разработка котлованов в мягких грунтах. Методические указания. Кафедра технологии, организации и экономики строительства. Инженерно-строительный факультет СПбГТУ. 20 с, 7 илл.

2.       В.М. Галузин, В.И. Телешев. «Выбор строительных машин для производства земляных работ». Учебное пособие. - Л.: изд. ЛПИ. 1987. - 84 с.