3.9. Использование средств гидромеханизации при строительстве и ремонте каналов

Гидромеханизация – это способ производства земляных работ, при котором разработка, транспортировка и укладка грунта осуществляется при использовании воды.

На месте разработки грунт размывается водой и в смеси с нею перемещается к месту укладки.

Достоинства гидромеханизации: простота оборудования, высокая производительность, непрерывность и поточность технологического процесса, возможность подводной разработки грунта.

Недостатки: потребность в больших количествах воды, возможность разработки в основном несвязных и малосвязных грунтов, большая энергоемкость (до 0,5 кВт ∙ ч/м³).

Кроме строительства и углубления каналов гидромеханизация применяется для разработки грунта в котлованах, карьерах при строительстве намывных плотин и дамб, для добычи и классификации песка и гравия. Гидромеханизация реализуется в виде двух способов – мониторного и рефулерного (засасыванием из-под воды). Для работ по строительству осушительных каналов применяется только второй способ.

В зависимости от необходимости удельного расхода воды на 1 м³ разрабатываемого грунта все мягкие грунты разделены на восемь групп. Удельные расходы воды при рефулерном способе находятся в пределах 3,5–30 м³/м³. Образующаяся в процессе разработки грунта гидросмесь характеризуется консистенцией и плотностью. Различают консистенцию массовую и объемную. Консистенция – отношение плотности, или объема, грунта, находящегося в определенном объеме гидросмеси, к плотности, или объему, воды, содержащейся в этом же объеме.

Объемная консистенция

Массовая консистенция

где Т – количество частей грунта в гидросмеси;

В – количество частей воды в гидросмеси;

γ _гр, γ_в – плотность грунта и воды;

γ_гс – плотность гидросмеси, которая определяется по формуле

При известном расходе воды q

Разработка грунта рефулерным способом осуществляется земснарядами – несамоходными или самоходными судами, специально оборудованными для этой цели.

Основной агрегат земснаряда – грунтовый насос, который отличается от обычного центробежного насоса тем, что он приспособлен для перекачивания гидросмеси, содержащей отдельные крупные включения размером до 0,7 диаметра всасывающего патрубка.

При работе грунтового насоса во всасывающей трубе, опущенной к поверхности забоя, создается разрежение, частицы грунта отделяются от массива и вместе с водой засасываются в грунтовый насос, перекачивающий образовавшуюся гидросмесь к месту укладки грунта. Объем засасываемого грунта зависит от его гранулометрического состава, плотности и связности, формы поперечного сечения устья всасывающей трубы, скорости всасывания, расстояния от устья всасывающей трубы до разрабатываемого грунта и скорости ее перемещения. Эффективность разработки плотных и связных грунтов повышается применением рыхлителей различных конструкций (гидравлических, фрезерных, роторных и др.).

При разработке грунта земснаряд совершает рабочие перемещения, под которыми понимают его передвижение, обеспечивающее непрерывный контакт фрезы с разрабатываемым грунтом в забое. Рабочее перемещение осуществляется с помощью тросового, свайно-тросового или бестросового механизмов.

Ширина ремонтируемого канала по дну при одной проходке земснаряда

где R – горизонтальное расстояние от сваи до фрезы при данной глубине разработки;

α – угол поворота снаряда в плане (обычно 70–80^о).

Часовая производительность земснаряда по гидросмеси определяется по формуле

где W – объем подлежащего разработке грунта;

n – пористость разрабатываемого грунта, равная в среднем 0,4;

q – удельный расход воды, принимаемый в зависимости от физико-механических свойств грунта;

Т_ч – продолжительность работ в часах.

Необходимое число земснарядов

где Q_зс – часовая производительность земснаряда по гидросмеси;

К_в – коэффициент использования земснаряда по времени, изменяющийся от 0,60 до 0,85;

а – коэффициент, учитывающий влияние высоты забоя, если высота забоя меньше минимальной (а = 0,85...0,95).

Потребный напор грунтового насоса определяется по формуле

Н = γ_гсН_г + Σh_i + h_св,

где γ_гс – плотность гидросмеси, равная 1,05–1,20 т/м³;

Н_г – геодезическая высота подъема гидросмеси;

h_i – потери напора в трубопроводах;

h_св – свободный напор на выходе из трубопровода (2–5 м).

При использовании земнарядов для строительства магистральных каналов или их очистки разработку грунта следует вести сверху вниз по течению с тем, чтобы сносимые течением взвешенные частицы грунта осаждались впереди по ходу работы снаряда. Земснаряды при этом, как правило, используются в комплексе с другими машинами. Например, разработка грунтов выемки канала осуществляется несколькими проходками экскаваторов, а очистка от наносов и углубление до проектных отметок – проходом земснаряда.

Гидросмесь, образующаяся при работе земснаряда, транспортируется в заранее подготовленные отстойники. Чаще всего при устройстве или очистке вдоль канала насыпают ограждающую дамбу, используя для этой цели экскаваторные отвалы. Сбрасываемая за дамбу гидросмесь растекается по пойме, затапливая определенные площади земель. Такие отстойники целесообразно устраивать вблизи староречий, куда вода стекает для дальнейшего отстаивания, или там, где сельскохозяйственные угодья не представляют большой ценности. Возможны случаи, когда недостаточно осветленная вода сбрасывается обратно в канал (реку), что приводит к повторному заилению русла.

Если прилегающие к каналу (реке) земли уже освоены и интенсивно используются в сельскохозяйственном производстве, возникает необходимость в ограничении растекания осветленной воды, т. е. в строительстве замкнутых отстойников длиной 200–400 м и шириной 12–25 м (рис. 3.15). Отстойники обваловываются дамбами и разделяются на секции поперечными дамбами. Все дамбы отсыпаются бульдозером из грунта со средней части отстойника, что увеличивает их вместимость для осаждения грунта. Осветленная вода сбрасывается через водослив, который создает подпор 0,20–0,25 м, благодаря чему часть площади нижней секции отстойника около водослива находится в затопленном состоянии и служит прудком, где происходит осаждение мелких частиц из воды перед ее сбросом.

Рис. 3.15. Схема отстаивания гидросмеси

в приканальном отстойнике