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
KП=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;
tкоп=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)
lтр=69/2+10=44,5 м.
Vтр - скорость транспортировки грунтовой призмы (по табл.1), м/ч;
Vтр=8,8*1000/3600=2,44 (м/ч)
tтр=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) tр=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
tпор=(4+19+0)/2,44≈10 с.
tдоп – дополнительное время на переключение передач, перестановку отвала и повороты, tдоп=10с.
tц=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.
tп=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.
tгх+ tпх=60*2*1,8/20=10,8 мин.
tц=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.
tп=0,3*5,5=1,8 мин.
tц=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. tц=(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 м 3
Определим требуемое количество машино-смен для снятия растительного слоя:
Зная Vpc=1090 м3 – объем растительного слоя.
NБмаш-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:
NЭмаш-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:
NЭмаш-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:
NАСмаш-см=8*10,5=84 машино-смены.
Для открытого котлована:
NАСмаш-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)
Sk=60*70=4200 м2.
NПлмаш-см=4200/108232=0,04≈1 машино-смена.
Для уплотнения дна котлована.
Определим сменную производительность катка:
Пэсм=945*8=7560 м2.
Требуемое количество машино-смен для уплотнения дна котлована:
NУплмаш-см=4200/7560=0,55≈1 машино-смена.