Возведение насыпей и укладка грунта в отвалы
При малых скоростях движения частицы грунта начинают выпадать на дно канав и лотков. То же самое происходит и при поступлении гидромассы в отстойные пруды, устраиваемые на месте отвалов грунта. При этом, чем крупнее частицы грунта, тем скорее выпадают они при малых скоростях или отсутствии движения. Следовательно, для возможности укладки грунта в отвал или полезную насыпь необходимо у места укладки уменьшить скорость движения гидромассы до предела, обеспечивающего выпадение из нее частиц грунта. Для осаждения мельчайших частиц скорость доводится до нуля и кроме того, дается определенное время для отстаивания гидромассы в специальном отстойном пруду, ввиду того, что процесс осаждения мелких частиц происходит не сразу. Частицы различной крупности осаждаются не одновременно: более крупные частицы выпадают и откладываются вблизи места выпуска гидромассы из лотка или трубы в пруд, а мелкие уносятся дальше и откладываются при скоростях движения, близких к нулю. Мельчайшие, глинистые частицы оседают в пруду в течение 10—20 час. и более.
Постепенное выпадение частиц грунта, начиная с самых крупных и кончая мельчайшими, дает возможность производить естественным путем отсортировку укладываемого грунта по крупности его частиц. Это чрезвычайно важное преимущество гидравлической укладки используется при намыве земляных плотин, где необходимо создать ядро массива плотины из мельчайших частиц, обеспечивающих ее водонепроницаемость, а в откосах, наоборот, требуется укладка только крупных частиц.
Второе преимущество гидравлического способа укладки — это хорошее уплотнение грунта. Грунт, уложенный гидравлическим способом, после освобождения его от воды не дает значительных осадок под нагрузкой и даже приобретает плотность, на 10—15% большую против его первоначальной плотности (до размыва).
После прекращения намыва песчаного грунта и стока с его поверхности воды по уложенному грунту можно ходить и через несколько дней допускать на него нагрузку. Песчаные и гравелистые грунты при укладке очень быстро отдают воду. При наличии же в грунте глинистых частиц водоотделение начинает ухудшаться и нестолько замедляется, что для отвердения грунта из мельчайших глинистых частиц требуется несколько месяцев.
Песчаные и гравелистые грунты являются наилучшим материалом для всякого рода полезных насыпей.
При укладке грунта необходимо принять меры к тому, чтобы гидромасса во время выпадения грунта не растекалась за пределы профильных очертаний, намеченных для отвалов или насыпей. Для этого устанавливают деревянные и плетневые щиты или устраивают ограждающие земляные дамбы. Если отвалы располагают в существующих оврагах, лощинах или низинах, то боковые склоны оврага служат ограждением, а дамба строится лишь в нижней части оврага. Дамбы возводятся сухим способом — вручную, грабарской возкой или экскаватором из боковых резервов. Профиль ограждающих дамб назначается в зависимости от их высоты из условия достаточной устойчивости и водонепроницаемости.
На такую замкнутую со всех сторон отстойную «карту» выпускается гидромасса. Частицы заключенного в ней грунта начинают выпадать, а осветленная вода через водосливные лотки или трубы выводится за пределы отвала.
На рис. 206 показана полная схема разработки, транспортирования и укладки грунта.
Рис 206. Схема разработки, транспортирования и укладки грунта гидромеханическим способом.
Для отвода отработанной воды служат водосливные колодцы, состоящие из четырех стоек с наружной обшивкой из шпунтованных досок. Нижняя часть колодца переходит в деревянную галерею или трубу, проходящую через тело оградительной дамбы. По мере повышения отвала доски обшивки колодца постепенно наращиваются с таким расчетом, чтобы через эти доски переливался лишь тонкий слой чистой воды из пруда отвала. Уровень воды в отстойном пруду нужно поддерживать на такой высоте, чтобы слой воды над уложенным грунтом не превышал 0,2—0,6 м. Чем больше слой воды в отстойном пруде, тем больше опасность прорыва ограждающих дамб. Самые тяжелые аварии могут быть следствием недосмотра за состоянием отвала и необеспеченности отвода отработанной воды.
Существуют два способа намыва грунта: в щитах и поперечный.
По первому способу намыв песчаных и гравелистых грунтов по заданному профилю можно производить в ограждении из деревянных или плетневых щитов.
На рис. 207, а показаны последовательные стадии намыва дамбы. Работа начинается с установки так называемых щитовых валов, состоящих из двух рядов дощатых щитов типа, указанного на рис. 207, б, связанных между собой лозой или проволокой, с засыпкой между ними грунтом. Затем в огражденное валами пространство начинают подавать гидромассу, и эта операция продолжается до заполнения грунтом всего пространства на высоту щитового вала. После этого, не снимая щитов первого вала, внутри его контура устанавливают второй щитовой вал и намывают второй слой грунта на высоту этого нового вала. Затем разбирается первый вал и устанавливается третий вал и т. д.
Лотки и трубопроводы, подающие гидромассу, по мере возведения насыпи наращиваются.
Во время намыва приходится тщательно следить за состоянием откосов намываемой насыпи и не допускать разрушения их просачивающейся через них водой. Для предохранения щитовых валов от подмыва и для лучшего откладывания грунта могут устанавливаться отбойные щиты (рис. 207, а) — ряд косо поставленных щитов внутри пространства намываемого слоя. Этими щитами поток гидромассы отжимается к центру насыпи, а сзади щитов начинается ускоренное откладывание грунта.
Рис. 207. Намыв насыпи.
Описанный способ намыва в грунтах называется также продольным намывом. Применим он только для намыва невысоких насыпей — до 6 — 8 м. Намыв высоких насыпей требует чрезмерно большого количества щитов, которое не всегда возможно заготовить.
В пределах отвала при намыве насыпей в щитах для выпуска гидромассы ставятся на козлах или легких эстакадах дырчатые лотки или трубы. Отверстия размерами 100 х 100 мм и более делаются в нижней части труб или лотков через каждые 2—6 мм. Они закрываются заслонками, скользящими по направляющим пазам. Этими заслонками можно регулировать ширину отверстия. В потоке движущейся по лотку или трубе гидромассы крупные частицы грунта движутся вблизи нижней части их сечения. В открытые отверстия попадает наиболее густая часть гидромассы из нижнего слоя потока с содержанием воды не более 1,5 объема на 1 объем грунта, а более жидкая проходит мимо отверстий и достигает конца лотка или трубы, где и выливается.
Применение дырчатых лотков и труб для выпуска гидромассы дает следующие преимущества: 1) намыв производится густой гидромассой, следовательно количество воды, подлежащей отводу с места намыва, невелико и не вызывает размыва ограждающих устройств — щитовых валов или дамб; 2) намыв можно производить более крупными частицами грунта, а мелкие частицы в случае нежелательности укладки их в насыпь сбрасывать с отработанной водой; 3) насыпь можно намывать с более крутыми откосами —1:1,5, а не 1:3, как это бывает при сосредоточенном выпуске гидромассы; 4) можно намывать насыпи под водой без опасности сильного растекания грунта в стороны от оси насыпи. При значительных расходах гидромассы (свыше 200 л/сек) применение дырчатых лотков или труб особенно удобно, так как дает возможность разделить мощный поток на ряд струй, не опасных для размыва ограждающих устройств.
Второй способ намыва — поперечный намыв — применяется при необходимости сооружения земляных плотин из неоднородных грунтов с отсортировкой этих грунтов при намыве по крупности фракций. Если ширина плотины у основания невелика (не более 80—100 м), то применяется одна эстакада посредине, по которой укладывается центральный лоток для подачи гидромассы. От центрального лотка подача гидромассы к ограждающим дамбам или валам производится боковыми лотками или трубами. При широких плотинах (более 100 м) устраиваются две эстакады вдоль ограждающих дамб, несущие подводящие лотки. Гидромасса выпускается равномерно по всей длине плотины как непосредственно из подводящих лотков, так и через ряд отводящих труб. Более крупный материал при этом укладывается возле ограждающих дамб, а более мел¬кий стекает внутрь огражденного пространства, образуя по оси насыпи отстойный прудок. В прудок стекают лишь мельчайшие частицы грунта, из которых и образуется водонепроницаемое «ядро» плотины.
Рис. 208. Поперечный намыв плотины с устройством оградительных дамб.
На рис. 208 показано поперечное сечение плотины, намываемой этим способом. После намыва первого слоя дамбы ограждения наращиваются на высоту второго слоя (вручную или небольшим дрегляйном) и намыв продолжается. Процесс намыва ведется попеременно то на одной стороне плотины, то на другой. На свободной от намыва стороне во время перерыва наращиваются ограждающие дамбы или валы.
Таким способом возведены многие крупные земляные плотины объемом до нескольких миллионов куб. метров. В настоящее время в Америке сооружается крупнейшая в мире намывная плотина Форт-Пек объемом около 76 млн. м3 и высотой 76 м. Ширина плотины у основания — 900 м, длина по гребню — 2 700 м. Часть волжской плотины на строительстве канала Москва—Волга выполнена также намывным способом. Этот способ найдет у нас, безусловно, широкое применение.
Источник
Гидромеханизированные способы возведения насыпи
Гидромеханизация представляет собой непрерывный технологический комплекс механизированных процессов и технологических приемов земляных работ, связанных с разработкой грунтов, их транспортированием и укладкой в тело сооружений, в отвал или штабеля гидравлическими методами. Применение гидромеханизации возможно при любых нескальных грунтах в пределах экономической целесообразности.
В дорожном строительстве гидромеханизация особенно эффективна при крупных и концентрированных объемах земляных работ (более 200 тыс. м3) для намыва в штабеля грунта, предназначенного для возведения насыпей, для выполнения крупных объемов земляных работ, при намыве подходов к строящимся крупным мостам, при сооружении дамб.
При гидромеханизарованных работах для сооружения земляного полотна применяется преимущественно разработка грунта в водоемах землесосными снарядами с гидротранспортом пульпы к месту намыва на расстояние до 2 км. Гидротранспорт на большие расстояния, как правило, требует дополнительной станции для перекачки пульпы, что существенно увеличивает стоимость работ.
Гидромониторная разработка грунта. Гидромонитор предназначен для превращения статического напора подводимой к нему воды в скоростной напор струи, истекающей из насадки, и для управления струей в процессе разработки грунта.
Процесс разрушения грунта гидромонитором происходит в результате потери частицами сцепления при динамическом воздействии струи в момент удара, а также проникновения воды по порам и трещинам в размываемую толщу.
Воду под давлением подводят к гидромонитору от насосной станции. Необходимый напор и расход воды принимают в зависимости от плотности, гранулометрического состава грунта и местных условий. Расход воды, м3, на 1 м3 добываемого грунта; пылеватые пески — 4. 6; супеси — 4. 10; суглинки — 10. 16; глины — 12. 18; жирные глины — 14. 20.
Процесс управления гидромонитором и сменой насадок может быть автоматизированным, а управление — дистанционным, что позволяет максимально приблизить гидромонитор к забою и повысить эффективность разрушения грунта. Для самотечного транспортирования грунта канавам и лоткам придают уклоны, обеспечивающие такую скорость движения пульпы, при которой частицы грунта, перемещаясь во взвешенном состоянии, не будут оседать на дно.
Гидромонитор (рис. 5.22) состоит из двух колен (нижнего и верхнего), ствола, насадки и шарниров поворота ствола в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Насадки окончательно формируют компактность струи воды, вылетающей из ствола гидромонитора. Изготавливают их из чугуна или стали; внутреннюю поверхность тщательно обрабатывают.
Соединение верхнего колена со стволом гидромонитора осуществляется с помощью шарового шарнира, закрепляемого двумя чугунными цапфами, что делает возможным поворот ствола в горизонтальной плоскости на 360°.
Для уменьшения числа передвижек гидромонитора с разборкой водовода нижнее колено гидромонитора присоединяют к напорному водоводу с использованием телескопической трубы (рис. 5.23).
На стволе гидромонитора с ручным управлением имеются две стойки для крепления рычага управления, называемого водилом. Усилие для поворота ствола на должно превышать 10 кг.
Современные гидромониторы, используемые в строительстве, классифицируются:
• по способу управления — на ручное и дистанционное;
• по способу передвижения — на самоходные и несамоходные;
• по создаваемому напору — на гидромониторы низкого давления (до 15 атм.); среднего давления (от 15 до 50 атм.) и высокого давления (более 50 атм.);
• по расположению к забою — на гидромониторы, располагаемые на безопасном расстоянии, и гидромониторы ближнего боя.
Гидромониторный размыв грунта осуществляется по двум технологическим схемам: с размывом грунта в целике или после предварительного рыхления. Несвязные и малосвязные грунты (пески, супеси, легкие суглинки, песчаные глины) размываются в целике, остальные — после предварительного рыхления. Размыв грунта в целике можно производить тремя способами; встречным, попутным и попутно-встречным забоем.
При встречном забое направления струи воды и потока пульпы не совпадают (рис. 5.24, 5.25). Гидромонитор располагается на подошве забоя, и грунт размывается выше подошвы.
При попутном забое направления струи и пульпы совпадают. Гидромонитор располагается на верхней площадке.
Попутно-встречный забой применяется при размыве крупных песков и песчано-гравелистых грунтов, когда требуется частая подгонка грунта.
Землесосная разработка грунта. Для перемещения пульпы по трубам под напором применяются землесосы и гидроэлеваторы. Землесос — одноступенчатый центробежный насос одностороннего всасывания специальной конструкции, приспособленный для перекачки воды с грунтом.
Землесос, оборудованный рыхлителем, может разрабатывать грунт под водой. Землесос с приводом и необходимым оборудованием представляет собой передвижной или плавучий земснаряд.
Опыт показывает, что несвязные грунты лучше разрабатывать фрезами закрытой формы (митрообразной формы), а для разработки связных грунтов использовать фрезы открытой формы.
Применяются два способа намыва насыпей; эстакадный и безэстакадный. Эстакадный способ используется для намыва сооружений из тонко- и мелкозернистых песков. Гидросмесь выпускается на намываемую поверхность из выпусков распределительного пульповода, уложенного на эстакадах (рис. 5.26). Обычно эстакады изготавливаются из бревен диаметром 20. 22 см и длиной 6,5 м. Отверстия для выпуска пульпы диаметром 150. 200 мм размещаются на распределительном пульповоде через 6. 8 м друг от друга; интенсивность вытекания гидросмеси (пульпы) регулируется шиберными задвижками.
Достоинствами эстакадного способа являются: равномерность распределения потока смеси, возможность регулировки интенсивности намыва и равномерного осаждения мелких фракций грунта. Песчаные насыпи, устраиваемые гидронамывом, не требуют дополнительного уплотнения.
При безэстакадном способе с односторонним или двусторонним расположением пульповодов на оси намываемой части насыпи устраивают один или два дренажных колодца с горизонтальными водосбросами внизу. Намыв производят слоями от 0,2 до 2,5 м (в зависимости от вида намываемого грунта). Намываемая насыпь размечается на отдельные участки (карты) с дренажными колодцами и водосбросными трубами.
Распределительный пульповод укладывается по намываемому грунту, и гидросмесь выпускается сосредоточенно из торца конечной трубы. Трубы распределительного пульповода соединяются быстро-разъемными соединениями.
Наращивание или укорачивание распределительного пульповода производится после образования у торца трубы слоя намыва требуемой толщины и осуществляется при помощи крана с уширенными гусеницами.
Контроль за технологией намыва обеспечивает правильность прокладки распределительных пульповодов, подачу пульпы в соответствии со схемой намыва и принятой его интенсивности. Основными физико-механическими характеристиками намытого грунта являются его гранулометрический состав и плотность скелета, при намыве равная обычно от 1,53 до 1,55 г/см3. Гранулометрический состав намытого песка определяется в соответствии с раскладкой его по крупности в продольном и поперечном профилях намытого земляного полотна, а плотность — путем отбора образцов песка ненарушенной структуры режущими кольцами или проведения зондировочных испытаний.
Контроль технологии намыва включает в себя наблюдения за расходом и консистенцией пульпы в месте выпуска и правильном распределением ее по карте намыва (не должно быть сосредоточенных потоков, промоин и застойных зон).
Спустя 2. 3 сут после намыва каждого яруса берут пробу грунта через 0,2. 0,3 м по вертикали, для чего устраивают шурфы.
Для определения прочности грунта на месте без отбора проб целесообразно использовать метод пенетрации, сущность которого состоит в погружении конуса в грунт под нагрузкой. Пенетрацию следует производить при нескольких ступенях нагрузки (обычно 4. 6) в пределах 0,2. 1,2 H — сразу после намыва; 3. 27 H — для консолидированного грунта.
Рассматривая гидромеханизированные работы, можно отметить следующие основные факторы, отрицательно влияющие на состояние водоемов:
• при работе земляного снаряда в рабочем водоеме увеличивается мутность воды;
• на работающем землесосном снаряде имеются источники загрязнения водоема смазочными материалами;
• при укладке грунта разрабатываемыми землесосными снарядами на карты намыва сбрасываемая вода содержит большое количество глинистых, илистых или пылеватых взвешенных частиц, которые вызывают нежелательное загрязнение водоема;
• образование грунтовых отложений на дне водоема в местах сброса осветленной воды нарушает его естественное состояние в плане и профиле, что отражается на фауне и флоре.
Безопасное использование средств гидромеханизации обеспечивается при соблюдении следующих правил:
• территория размыва в населенном месте должна быть надежно ограждена, чтобы посторонние лица не находились в зоне действия гидромониторов;
• к работе с гидромониторами и на землесосных снарядах допускаются рабочие, прошедшие обучение и сдавшие экзамен по установленной профамме;
• если по участку, подлежащему размыву, проходит линия электропередачи, то ее следует заранее перенести;
• запрещается производить любые работы в районе действия струи гидромонитора без прекращения подачи воды;
• насадку гидромонитора разрешается заменять только после отключения подачи воды;
• ствол гидромонитора, соединенного с водоводом, при прекращении подачи воды должен быть повернут в безопасное напраааение;
• эстакады строятся только по проектам, их прочность обосновывается расчетом.
При разработке грунта средствами гидромеханизации причинами несчастных случаев могут быть:
Источник
