Реферат: Разработка технологических решений по устройству котлована

Содержание

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 70м, ширина 60 м, глубина 5м;

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 8часов, 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 Vk – объём котлована, м3 ;

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

а и b– размеры дна котлована (по заданию 70м 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).

Vk =5/6(4200+5451+ 149*129)=24060 (м3 ) .

Определение объёма растительного слоя.

(м3 ) (2.4)

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

Vpc =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:

Vp =24060 – 1090=22970 (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 bПТ =1,5…2,0- ширина пионерной траншеи понизу, м;

ВПТ – ширина пионерной траншеи поверху, м;

ВПТ = bПТ +2mHp (м) (2.7)

ВПТ =2+2*0,9*4,8=10,64 (м).

Нр – рабочая глубина разрываемого котлована, м;

Нр =Н-hpc (м) (2.8)

Нр =5-0,2=4,8 (м).

Lp – длина въезда, м.

Lp = Нр /i(м) (2.9)

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

Lp = 4,8 /0,10=48 (м).

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

VL =(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.

Показатели	ДЗ-18
Тяговый класс, тс	10
Продолжительность набора в призму грунта ІІ категории (супесь) tкоп, с	9
Средний путь набора грунта в призму lкоп, м	4
Скорость перемещения бульдозера, км/ч -при копании-наборе грунта в призму Vкоп -при транспортировке и раскладке грунта Vтр и Vр -при порожнем пробеге Vпор	3,6 8,8 12,2
Масса, т	16,3
Объём грунтовой призмы (для несвязного грунта — супесь) q, м3	1,4

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 ;

tц – длительность рабочего цикла, с;

КП – коэффициент потерь грунта при движении бульдозера;

KП =1-0,005* lтр

K П =1-0,005*49,5=0,8

КР – коэффициент разрыхления грунта при разработке, для супеси =1,15;

КВ – коэффициент использования рабочего времени смены(=0,80…0,90).

Длительность рабочего цикла определим по формуле:

tц =tкоп +tтр +tр +tпор +tдоп (с) (3.2)

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

t коп =9 с.

tтр – длительность транспортировки грунтовой призмы, с;

tтр =lтр /Vтр (с) (3.3)

где lтр – путь транспортировки грунтовой призмы, м;

lтр =а1 /2+с (м) (3.4)

l тр =69/2+10=44,5 м.

Vтр — 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.

tр – длительность раскладки грунтовой призмы слоем определённой толщины, при сосредоточенной разгрузке грунтовой призмы (в отвал, в кавальер, в обратную засыпку) t р =0 (с).

tпор – длительность порожнего хода бульдозера, с;

tпор =(lкоп +lтр +lр )/Vтр (с) (3.5)

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

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

t пор =(4+19+0)/2,44≈10 с.

tдоп – 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 Нр составляет определенную часть паспортной характеристики экскаватора Нкоп.max, то есть наибольшей глубины или высоты копания.

Нр = Нкоп.max *β (м) (4.1)

Где Нкоп.max – паспортная характеристика высоты разрабатываемого уступа, м;

β – коэффициент высоты забоя экскаваторов, для обратной лопаты может быть принята 0,7.

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

Нкоп. max =4,8/0,7=6,86 м.

Принимаем экскаватор обратная лопата ЭО-5122.

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

Показатели	ЭО-5122
Объём ковша, м3	2,0
Наибольший радиус копания Rкоп.max, м	10,7
Наибольшая глубина копанияНкоп.max, м	7,3
Наибольшая высота выгрузки Нвыг.max, м	5,5
Радиус выгрузки при наибольшей высоте выгрузки, Rвыг, м	7,3
Продолжительность цикла, с	22
Масса, т	36,6

Определим размет меньшей стороны котлована:

а1 =а+ 2тНр (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 11м.

bПТ =2 м;

ВПТ ≈10,6 м.

Ширина бокового забоя:

ВБЗ =1,3* Rкоп.max (м) (4.3)

Где ВБЗ – ширина бокового забоя, м;

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

ВБЗ = 1,3*10,7=14 м.

Определим количество боковых забоев:

пБЗ =(а1 — ВПТ )/ ВБЗ (4.4)

пБЗ = (69-10,6)/14 =4 забоя+2 м

остаток в 2 м распределим на четыре боковых забоя:

ВБЗ = 14+2/4=14,5 м

Т. о., разработка котлована будет осуществляться пионерной траншеей с размерами поверху ВПТ =11 м понизу bПТ =2 м, и тремя боковыми забоями с размерами поверху и понизу ВБЗ = 14,5 м.

Эксплуатационную производительность экскаватора определяем по формуле:

(м3 /ч) (4.5)

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

tц =22 с – длительность рабочего цикла(принимаем по табл.2);

КН =1,1– коэффициент наполнения ковша, для супеси;

КР =1,15– коэффициент разрыхления грунта, для супеси;

КВ =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:

Нр = Нкоп.max *β (м) (5.1)

Где Нкоп.max – паспортная характеристика высоты разрабатываемого уступа, м;

β=1,0 – коэффициент высоты забоя экскаваторов, с прямой лопатой для супеси.

Нкоп. max =4,8/1,0=4,8 м.

Принимаем экскаватор прямая лопата ЭО-5122.

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

Показатели	ЭО-5122
Объём ковша, м3	1,6 \| 2,0
Наибольший радиус копания Rкоп.max, м	8,9
Радиус копания на уровне стоянки Rст, м	4,7
Наибольшая глубина копанияНкоп.max, м	9,6
Наибольшая высота выгрузки Нвыг.max, м	5,1
Радиус выгрузки при наибольшей высоте выгрузки, Rвыг, м	4,6
Продолжительность цикла, с	20
Масса, т	36,0

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 Нр в конце наклонного входа – на границе подошвы котлована. Разработка грунта должна быть начата от будущей подошвы котлована на расстоянииLp, которое посчитано в формуле 2.9:

Lp = 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:

bnm =2*Rcm (м) (5.2)

где bnm – ширина пионерной траншеи, м;

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

bnm =2*4,7=9,4 м.

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

Bnm =2*Rкоп.max (м) (5.3)

Где Bnm – ширина пионерной траншеи поверху, м;

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

Bnm =2*8,9=17,8 м.

Определим размеры бокового забоя:

В1 = Rкоп.max (м) (5.4)

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

В1 =8,9 м.

В2 = 0,7*Rкоп.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.

Влв = В1 + В2 –т’*Нр (м) (5.7)

Где Влв — ширина ленты, ширина забоя поверху, м;

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

Влв =15,1-0,7*4,8=11,7м .

Определим количество боковых забоев:

пбз =(а1 — Bnm )/ Влв (5.8)

пбз =(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.

Влн =(а1 — Bnm )/ пбз (м) (5.9)

Где Влн – ширина ленты, ширина бокового забоя понизу, м.

Влн =(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);

tц =20 с – длительность рабочего цикла(принимаем по табл.3);

КН =1,1– коэффициент наполнения ковша, для супеси;

КР =1,15– коэффициент разрыхления грунта, для супеси;

КВ =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.

Показатели	Татра148.
Объём грунта в кузове, м3	11,1
Грузоподъёмность, т	15,0
Погрузочная высота, м	2,7
Габариты, м -длина -ширина -высота	7,2 2,5 2,7
Полная масса, т	26,0

Производительность автосамосвала определяется по формуле:

Пэч =q*Кв *60/tц (м3 /ч) (6.1.1)

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

tц – длительность цикла (рейса), мин.;

Кв – коэффициент использования рабочего времени смены(примем равным 0,90).

tц =tм +tп +tр +tгх +tпх (6.1.2)

где tм =2мин – время маневрирования при погрузке и разгрузке, мин;

tп – время погрузки, мин;

tр =1 мин – время разгрузки, мин ;

tгх – время груженого хода, мин;

tпх – время порожнего хода, мин.

tп = tцэкс *пк (мин) (6.1.3)

где tцэкс =22 с=0,4 мин. – продолжительность цикла экскаватора, мин;

пк – количество ковшей, необходимое для полной загрузки автосамосвала;

пк =qсам /qковша (6.1.4)

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

qковша =2 м3 – объём ковша экскаватора (по табл.2), м3 .

пк =11,1/2=5,5 м3 .

t п =0,4*5,5=2,2 мин.

При движении автосамосвалов туда и обратно по одной трассе принимаем:

tгх + tпх =60*2L/Vср (мин) (6.1.5)

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

Vср – 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.

Пэч =11.1*0,9*60/16=37,5 м3 /ч.

Определим необходимое количество автосамосвалов NAC для непрерывной работы по формуле:

NAC =Пээкс /ПэАС (6.1.6)

Где Пээкс – эксплуатационная часовая производительность экскаватора, м3 /ч;

ПэАС — эксплуатационная часовая производительность автосамосвала, м3 /ч.

NAC =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:

пк =11,1/2=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:

Пэч =11.1*0,9*60/15,6=38,4 м3 /ч.

Необходимое количество автосамосвалов определим по формуле 6.1.6:

NAC =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:

Пчэ =(60/tц )*F*Kв (м2 /ч) (7.1)

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

tц – длительность цикла, мин. Можно принять

tц =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 .

Пчэ =(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.

Показатели	ДУ-10А
Тип катка	Самох.
Толщина уплотняемого слоя, см.	20
Ширина уплотняемого слоя, см.	85
Скорость движения, км/ч.	1,8; 3,0
Количество проходов по одному следу	3…6
Масса, т.	1,8

Определяем производительность катка по формуле:

(м2 /ч) (8.1)

Где Vcp — 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:

Пэсм =Пэч *8 (м3) (9.1)

Где Пэсм – сменная производительность, м3 ;

Пэч – часовая производительность, м3 /ч.

Требуемое количество машино-смен определяется по формуле:

Nмаш-см =V/ Пэсм (машино-смен) (9. 2)

Где Vpc – объем грунта, требующий разработки, м3 ;

Для снятия растительного слоя.

Определим сменную производительность бульдозера:

Пэсм =66*8=528 м3

Определим требуемое количество машино-смен для снятия растительного слоя:

Зная Vpc =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:

Пэсм =282*8=2256 м3 .

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

N Э маш-см =22970/2256=10,18≈10,5 машино-смен.

Экскаватор прямая лопата:

Определим сменную производительность экскаватора:

Пэсм =310*8=2480 м3 .

Определим объём разрабатываемого грунта, с учётом въезда в котлован:

V =22970+728=23698 м3

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

N Э маш-см =23698/2480≈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:

NАСмаш-см = NЭмаш-см *NАС (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:

Пэсм =13529*8=108232 м2 .

Требуемое количество машино-смен для планировки дна котлована:

Nмаш-см =Sk / Пэсм (машино-смен) (9.4.1)

Где Sk – площадь дна котлована, м2 ;

Sk =а*в (м2 ) (9.4.2)