Тема № 27

Способы разработки грунтов. Классификация грунтов по трудности разработки.

Наиболее энергоемкой из всех операций по устройству выемок является отделение грунта от массива (разрушение грунта), в связи с чем способы разработки грунтов различаются по способам их разрушения, характеризуемым видом энергетического воздействия.

Механическое разрушение грунтов нашло наибольшее применение в строительстве. Оно основано на сосредоточенном контактном силовом воздействии рабочего органа машины на грунт, называемым также резанием. Для реализации этого способа рабочие органы грунторазрабатывающих машин оснащают клинообразными режущими инструментами, перемещаемыми относительно грунтового массива. В зависимости от скорости и характера воздействия режущего инструмента различают статическое и динамическое разрушение грунтов. При статическом разрушении режущий инструмент движется равномерно или с незначительными ускорениями при скорости до 2... 2,5 м/с. Этот способ применяется как основной при разработке грунтов экскаваторами, землеройно-транспортными машинами, рыхлителями и буровыми машинами вращательного действия. В машинах, разрабатывающих прочные скальные породы, реализуется как статический, так и динамический способы их разрушения, в частности, ударный. Известны также вибрационный и виброударный способы. Энергоемкость механического разрушения песчаных и глинистых грунтов в зависимости от их крепости и конструкции режущих инструментов составляет 0,05 ...0,5 (кВт-ч)/м3. Этим способом выполняют до 85 % всего объема земляных работ в строительстве.

При устройстве гидротехнических земляных сооружений (плотин, дамб широко применяют гидравлическое разрушение грунтов струей воды с использованием гидромониторов и землесосных снарядов

Взрывом обычно разрушают крепкие скальные породы и мерзлые грунты под давлением газов, образующихся при воспламенении взрывчатых веществ, которые закладывают в специально пробуренные скважины (шпуры), в прорезные узкие щели или в траншеи.

Для бурения шпуров применяют машины механического бурения, а также термо- и термопневмобуры. В термобуре реализуется термомеханический способ разрушения грунта: его прогрев высоко температурной (до 1800...2000°С) газовой струей с последующим разрушением термоослабленного слоя грунта режущим инструментом. При термопневматическом бурении грунт разрушается и выносится из скважины высокотемпературной газовой струей со скоростью до 1400 м/с. Разработка грунтов взрывом наиболее энергоемкая, а следовательно, наиболее дорогая из всех рассмотренных выше способов.

Для дробления валунов и негабаритных камней, образующихся в результате разрушения грунтов взрывом, применяют установки, реализующие электрогидравлический способ разрушения грунтов, использующий ударную волну, которая образуется в искровом разряде в жидкости. Реже применяют физические способы разрушения грунтов без комбинирования с другими способами. Они основаны на воздействии на грунт температурных изменений (прожигание прочных грунтов, оттаивание мерзлых грунтов), токов высокой частоты, ультразвука, электромагнитной энергии, инфракрасного излучения и т.д. Выбор способа разработки зависит, прежде всего, от прочности грунта, в том числе и от сезонной, связанной с его промерзанием.

Рис.24. Плотномер ДорНИИ

Грунты, разрабатываемые машинами, классифицируют по трудности paзработки по 8 категориям. В основу этой классификации, предложенной проф. А.Н.Зелениным, положена плотность измеряемая в килограммах на кубический метр, по показаниям плотномера конструкции ДорНИИ (рис.24 ). Плотность грунта оценивают числом ударов, соответствующим внедрению в грунт стержня до упора в нижнюю шайбу.

Согласно классификации проф. А. Н. Зеленина грунты распределены по категориям следующим образом: I категория — песок, супесь, мягкий суглинок средней крепости влажный и разрых ленный без включений; II категория — суглинок без включений, мелкий и средний гравий, мягкая влажная или разрыхленная глина; III категория — крепкий суглинок, глина средней крепости влажная или разрыхленная, аргиллиты и алевролиты; IV категория -крепкий суглинок, крепкая и очень крепкая влажная глина, слан цы, конгломераты; V категория — сланцы, конгломераты, отвердевшие глина и лесс, очень крепкие мел, гипс, песчаники, мягкие известняки, скальные и мерзлые породы; VI категория — ракушечники и конгломераты, крепкие сланцы, известняки, песчаники средней крепости, мел, гипс, очень крепкие опоки и мер гель; VII категория — известняки, мерзлый грунт средней крепости; VIII категория — скальные и мерзлые породы, очень хорошо взорванные (куски не более 1/3 ширины ковша).