Земляные работы являются наиболее трудоемкими и тяжелыми в строительстве и составляют примерно 10 % общей стоимости и трудоемкости.
К земляным работам относят рыхление твердого и скального грунта для последующей разработки, отрыв, котлование траншей, каналов, вскрышные работы, перемещение грунта в отвал, возведение насыпей с уплотнением грунта, зачистка дна и откосов, обратная засыпка котлованов и траншей после возведения фундамента, укладка труб, уплотнение и планировка поверхности.
Разработка грунта производится следующими способами:
- механическим – грунт или горные породы отделяются от массива ножевым или ковшовым рабочим органом.
- гидравлическим – струей воды размывают подошву забоя и вымывают разрушения грунта, при подводной выемки разрушение может осуществляться механическим путем с одновременным всасыванием смеси грунта, с водой, с землесосными снарядами и транспортированием смеси грунта с водой (пульпа) по пульпопроводу.
- взрывным – горные породы и различные грунты разрушаются давлением газов от сгорания взрывчатых веществ.
- комбинированные: механический (рыхление) + гидравлический (захват и транспортировка)
2. К подготовительным работам относятся расчистка площадки от кустарников и леса, корчевание пней, удаление валунов, осушение участка, водопонижение грунтовых вод, рыхление твердых, мерзлых и скальных грунтов.
Для расчистки территории от кустарников, пней, леса применяют следующие машины: кусторезы, корчеватели, корчеватели – собиратели, ценные пилы, древовалы, трелевочные тракторы. Камни и валуны расчищают погрузчиками с челюстными захватами или кранами с грейферным оборудованием.
|
|
| Кусторез ДП-24 1 - отвал; 2 – гидроцилиндры; 3 - кабина; 4 - нож; 5 - толкающая рама; 6 - шаровая головка; 7 - ограждение |
Кусторезы представляют собой один из видов навесного сменного оборудования к гусеничным тракторам или пневмоколесным тягачам. Состоит из базового гусеничного трактора, отвала, ножей, укрепленных на нижней кромке отвала, толкающей рамы гидроцилиндров и кабины. Отвал опирается на лыжи, которые препятствуют сильному заглублению его в грунт. Величина заглубления и подъема отвала регулируется гидроцилиндрами. При срезании мелкого леса и кустарника нож отвала заглубляется на 2…5 см. Ширина расчищаемой полосы за один подход – 3,6 м.
| Корчеватель ДП - 25 1 – толкающая рама; 2 – отвал; 3 - гидроцилиндры; 4 – базовый трактор |
Корчеватели – сменное навесное оборудование к гусеничным тракторам или пневматическим тягачам – применяется для корчевания пней после пилки и валки деревьев, расчистки площадок от крупных корней и камней массой до 25 т, а т.ж срезанных кустарников и деревьев кусторезом.
Состоит из базового трактора, универсальной толкающей рамы и корчевательного оборудования, отвала 4 –мя зубьями и гидроцилиндров. Отвал – балка, на которой сверху закреплен лобовой лист с литыми башмаками, в которые вставляются зубья и закрепляются клиньями. Ширина отвала корчевателя – 1,38 м.
При небольшом залегании вод на основании новых строительных площадок, необходимо до начала земляных работ провести работы по водопонижению и водоотливу. Для этого используют машины и оборудование для водоотлива и водопонижения. Используют центробежный водоотливной насос и водопонизительные установки – служат для понижения и поддержания уровня грунтовых вод ниже подошвы разрабатываемых котловин. Применяют установки с вакуумными иглофильтрами, с эжекторными иглофильтрами и артезианскими глубинными насосами.
|
|
3. Землеройно – транспортные машины предназначены для послойного отделения грунта от массива и транспортировки его к месту укладки на небольшие расстояния, а т.ж для выполнения планировочных работ. К ним относят бульдозеры, скреперы, грейдер – элеваторы и струги – метатели.
Бульдозерами выполняют следующие виды работ: расчистка территории от растительного слоя грунта, остатков пней, коней, планировку территории со срезкой неровностей, засыпку впадин и удаление излишнего грунта с его перемещением на 100…150 м, сооружение насыпи и выемок при строительстве железных и шоссейных дорог, разработку широких котлованов и траншей, возведение дамб и другие тяжелые бульдозеры применяют при работе на любых грунтах, включая взорванные скальные породы, а так же для разработки мерзлых грунтов.
Рабочее оборудование бульдозера состоит из широкого отвала, оснащенного ножами, толкающих брусьев с рамой и системы управления отвалом. При поступательном движении бульдозера вперед отвал опускается, при этом ножи опускаются в грунт срезают слой толщиной 15…25см, который затем отвалом перемещается к месту укладки.
По способу установки отвала относительно базовой машины различают бульдозеры с неповоротными поворотными отвалами.
| Бульдозер с канатным управлением отвала 1 – толкающий брус; 2 – отвал; 3 - канатно-блочная система; 4 - рукоятка управления; 5 - гусеничной трактор; 6 - лебедка |
Бульдозер с неповоротным отвалом (установлен под углом 90 градусов к продольной оси трактора) может перемещать грунт только вперед. Бульдозер с поворотным отвалом может перемещать грузнее только вперед, но и непрерывно сдвигать его в ту или иную сторону.
|
|
В зависимости от системы управления раб. органом различают бульдозеры с канатным управлением (практически не используются) и с гидравлическим управлением.
| Бульдозер с гидравлическим управлением отвала 1 - отвал; 2, 5 -гидроцилиндры; 3 - опора; 4 - толкающий брус |
Бульдозеры с гидравлическим приводом имеют отвал, который поднимается и опускается с помощью одного или двух гидроцилиндров. Отвал может устанавливаться в определенное неизменное положение, что позволяет вести планировочные работы. Бульдозер на гусеничном ходу с гидравлическим управлением (ДТ – 75) имеет поворотный и неповоротный отвалы. Оборудование состоит из отвала с ножами, толкающих брусьев с опорой, гидроцилиндров управления. Недостатком бульдозера такого типа является небольшая транспортная скорость и недопустимость движения на дорогах с асфальтовым покрытием.
| Бульдозер на пневмоколесном ходу 1 – нож; 2 – отвал; 3,7 – кронштейны; 4,9 – гидроцилиндры; 5 – балласт; 6 – трактор; 8 – толкающий брус |
Бульдозер на пневмоколесном ходу (К - 702) состоит из отвала с ножами,
2 –х толкающих брусьев, 2 –х кронштейнов крепления бульдозерного оборудования, гидроцилиндров для изменения угла поперечного отвала, 2 –х гидроцилиндров подъема и опускания отвала, его перенос в поперечной плоскости осуществляют из кабины машиниста. Отвал можно устанавливать в 4 –е положения:
- опускание
- подъем
- нейтральное
- плавающее
Для повышения работы бульдозеров и улучшения условий работы, он может быть оборудован системой «Автоплан» - обеспечивает автоматическую стабилизацию положения отвала независимо от положения его ходового устройства на планируемой поверхности. При переходе на автоматический режим, с помощью блока управления задается необходимый угол отвала.
Производительность бульдозера при разработке и перемещении груза определяется по формуле:
где, a,b,h – геометрические размеры призмы волочения грунта перед отвалом (м)
n – число циклов за 1 час работы, n=3600 /т; 
- коэффициент наполнения геометрического объема призмы грунтом, =0,9…1,2; 
- коэффициент разрыхления грунта, = 1,05…1,35; Т – продолжительность цикла:
+ 
: 
- время резания грунта
где, 
- длина пути резания, = 6…10м; 
- скорость трактора; 
- время перемещения грунта: 
;, где 
- длина пути транспортировки грунта, 
- скорость движения груженого бульдозера; 
- время холостого хода трактора (обратно): 
=( +L) 
$
- Скорость движения на обратном ходе.
- дополнительные затраты на подъем и опускание отвала, на переключение скоростей, разворот трактора.
Скреперы – применяют для послойного разрезания грунта, транспортировки его к месту укладки и выгрузки в сооружение или отвал. С их помощью возводят земляные насыпи и плотины, осуществляют выемки и вертикальную планировку больших площадей.
Скрепер представляет собой агрегат, состоящий из тяговой машины (трактор гусеничного или пневмоколесный) и прицепного или полуприцепного оборудования в виде ковша установленного на колесах и системы его управления.
Скреперы различают по вместимости ковша, способу передвижения, способам загрузки и разгрузки ковша, типу передней заслонки и системе управления.
По вместимости ковша:
- малой вместимости – до 3 
- средней вместимости – з…10
- большой вместимости – свыше 10
По способу передвижения:
- прицепные
- полуприцепные
- самоходные
-самоходные скреперные поезда (2-3 скрепера)
По способу загрузки ковша:
- загрузка от силы тяги
- с механизированной элеваторной загрузкой
По способу загрузки:
- скрепер со свободной (самосвальной) разгрузкой вперед или назад
- с полупринудительной разгрузкой
По системе управления:
- с гидравлическим и – канатным управлением.
| Полуприцепной скрепер 1 - трактор: 2 - седельно-сцепное устройство; 3 - рама; 4 - рукав и трубопроводы; 5 - гидроцилиндр управления заслонкой ковша; 6 - механизм управления заслонкой ковша; 7 - гидроцилиндр подъема и опускания ковша; 8-заслонка ковша; 9 - ковш; 10 - задняя стенка ковша; 11 - гидроцилиндр управления задней стенкой ковша |
| Самоходный скрепер ДЗ – 11П 1 – одноосный тягач; 2 – седельно-сцепное устройство; 3,4,8,11 – гидроцилиндры; 5 – трубопроводы; 6 - передняя рама; 7 - передняя заслонка; 9-задняя рама; 10 - задняя стенка; 12 — буфер; 13 - нож |
| Самоходный двухмоторный скрепер ДЗ-115 1 - тягач; 2 - седельно-сцепное устройство; 3 – хобот; 4 - гидроцилиндр поворота; 5 – гидроцилиндр ковша; 6 - заслонка; 7 – ковш; 8 - гидроцилиндр заслонки; 9 – задняя стенка; 10 - дополнительный двигатель; 11 – заднее колесо |
Грейдеры и автогрейдеры применяют в строительстве для профилирования земляного дорожного полотна, возведения небольших дорожных насыпей высотой до 0,6 м, планировки площадей, очистки территории от снега.
4. Экскаваторы служат для рытья котловин и траншей, отсыпки насыпи из резервов, выполнение вскрышных работ при всех категориях грунтов, включая взорванные скальные породы. С их помощью выполняется примерно 40...50 % всего объема земляных работ.
Одноковшовый экскаватор представляет собой землеройную машину циклического действия, оснащенную рабочим органом, которым является ковш с режущей кромкой или зубьями, осуществляющими резание грунта. Рабочий цикл экскаватора состоит из последовательных операций копания грунта, подъема и поворота ковша из забоя, выгрузки грунта на транспортные средства или в отвал и обратного поворота и опускания в забой.
Одноковшовые экскаваторы классифицируются по следующим направлениям:
1) По назначению и области применения:
- универсальные строительные общего назначения (ЭО), оснащаются ковшами объемом 0,15…5 .
- специализированные:
· Экскаваторы карьерные гусеничные (ЭКГ)- для добычи полезных ископаемых; объем ковша – 5…20 .
· Экскаваторы вскрышные гусеничные (ЭВГ) –для работы в угольных разрезах и горно – рудовой промышленности; объем ковша – 6…80
Шагающие экскаваторы – драглайны (ЭШ) – с большим вылетом крюка. Для разработки и отсыпки в отвал грунтов I…IVгрупп. В угольной, горно – рудовой промышленности: объем ковша – 4…200
2) По типу подвески рабочего оборудования:
- одноковшовые экскаваторы с гибкой (канатной)подвеской
- одноковшовые экскаваторы с жесткой подвеской (с гидроцилиндрами)
3) По роду привода:
- с механическом приводом
- с гидравлическим приводом (сейчас изготавливают только с дизель – гидравлическим приводом и жесткой подвеской, т.к более высокий КПД, меньше затраты времени и средств на тех. обслуживание, простота управления, меньше масса)
4) По виду силовой установки:
- с ДВС
- с электродвигателем (экскаваторы большей мощности).
5 ) По ходовому устройству:
- гусеничные
- пневмоколесные
- шагающие
Строительным экскаваторам общего назначения присваивается следующая индексация; состоящая из букв «ЭО» и 4 – е последующие цифры:
1 – я цифра – размерная группа экскаватора, характеризующая эксплуатационную массу и объем ковша. Всего 7 размерных групп:
2 – я цифра – вид ходового устройства:
1 –гусеничное
2 – гусеничное уширенное
3 – пневмоколесное
4 –спец. шасси автомобильного типа
5 – шасси грузового автомобиля
6 – трактор
7 – прицепное.
3 –я цифра – конструктивное исполнение рабочего органа:
1 – с канатной подвеской рабочего органа
2 – с жесткой подвеской (или опирание) на гидроцилиндры
3 – телескопическую стрелу.
4 – я цифра – порядковый номер модели (1, 2, 3, 4 и т.д)
После цифры в марке экскаватора ставятся дополнительные буквенные обозначения.
А, Б, В – порядковая модернизация
С – северное исполнение
Т – тропическое исполнение
ТВ – исполнение для тропических влажных районов.
ЭО – 3122АС – экскаватор одноковшовый с ковшом объемом 0,4 на гусеничном ходу с гидроприводом и жесткой подвеской раб. оборудования, 2 – ой модели, 1 – ой модернизации, в северном исполнении.
Производительность экскаваторов определяется из формулы:
- техническая производительность:
Где, n - число циклов за 1 ч работы: 
; 
- продолжительность цикла (сек); 
- коэффициент наполнения ковша грунтом; 
– коэффициент разрыхления грунта
Коэффициент наполнения ковша прямой лопатой принимают: 
1,05…1,2.Для драглайна - = 0,9…1,15
- эксплуатационная производительность:
Где, 
- коэффициент использования машины по времени, 
; 
– коэффициент влияния качества системы управления и квалификации машиниста
- для ручного управления 
0,81
- с сервомеханическими 0,86
- для мощных систем 0,98
В строительном производстве экскаваторы непрерывного действия применяют для рытья траншей, каналов, разработки грунта на вскрышных работах, для добычи строительных материалов в карьерах. Рабочим органом экскаваторов непрерывного действия являются ковши, укрепленные на бесконечной двойной цепи, облегчающей ковшовую раму или же укрепленные по периметру вращающегося ротора.
6) По назначению и способу работ экскаваторы подразделяются на траншейные и роторные продольного копания; карьерные цепные поперечного копания и роторные радиального копания. У экскаватора продольного копания рабочий орган расположен в плоскости движении машины, а у экскаваторов поперечного копания расположен перпендикулярно плоскости движения машины.
Занятие № 20, № 21, № 22.