Гидромеханизация земляных работ

Работы в условиях риска подтопления и размыва грунта

Любые земляные работы с заглублением в грунт связаны с риском подтопления поверхностными или грунтовыми водами. При
постоянном поступлении воды в выемку требуется обустроить водоотвод в направлении, противоположном отвалу по
требованиям СНиП. В условиях илистых грунтов и плывунов применяется дополнительное шпунтование выемки.

Во время работы с неуплотненными сыпучими грунтами при возникновении выноса необходимо прекратить выемку и вывести
людей из углубления, обеспечив возобновление работ только после укрепления стенок выемки

При возникновении угрозы
размыва руководителю работ следует уделять особое внимание состоянию креплений и целостности выемки, отвалов,
площадок для техники при длительных атмосферных осадках

Методы гидромеханизации земляных работ

Гидромеханизация осуществляется двумя основными методами:

1. путем размыва грунта струей воды, выбрасываемой под напором из ствола гидромонитора, и транспортирования образовавшейся пульпы (размытого, разжиженного грунта) либо самотеком — по канавам или лоткам, либо при помощи землесосов по напорным трубопроводам к местам намыва (насыпи);
2. путем всасывания грунта из-под воды при помощи землесосов с транспортированием (регулированием) пульпы по напорным трубопроводам.

Применяются также следующие комбинированные методы гидромеханизации:

1. грунт в пределах надводной части выемки размывают гидромониторами, а в пределах подводной части разрабатывают землесосом; пульпу транспортируют по напорным трубопроводам;
2. грунт разрабатывают экскаватором с погрузкой через бункер в самотечные лотки; в бункере или в лотках грунт размывают гидромонитором;
3. грунт разрыхляют экскаваторами или бульдозерами либо путем взрывания, а затем размывают струей воды из гидромониторов.

Размыв грунта целесообразно вести сплошным фронтом при минимальном количестве гидромониторов с насадками наибольшего диаметра, возможного по заданному расходу и потребному напору воды.
В табл. 1 приведены данные о потребных напорах, расходах воды и уклонах подошвы забоя при размыве разных грунтов гидромониторами.

Расстояние гидромонитора от размываемого забоя должно обеспечивать возможно лучшее использование живой силы удара струи. Это расстояние назначают предельно малым, но не менее допускаемого условиями безопасности для гидромониторщиков при обрушении размытого грунта, т. е. в зависимости от характера грунта и высоты размываемого забоя (уступа).

Шаг передвижки гидромонитора зависит от его производительности, характера грунта и высоты забоя. Средний шаг при размыве связных грунтов должен составлять 5—6 м, а при размыве сыпучих грунтов 10—12 м.

Запас на осадку намывных насыпей принимается в размере 1,5% проектной высоты насыпи, намытой из смешанных грунтов, и 0,75% проектной высоты насыпи, намытой из песчаных грунтов.

Производительность и некоторые технические характеристики чемлесосов приведены в табл. 2.

Водоснабжение установок для гидромеханизации земляных работ осуществляют при помощи насосных станций, оборудованных центробежными насосами производительностью 250—2 000 м3\час и напором от 50 до 150 м.
Водоснабжение может быть прямым, оборотным или с подпиткой. В первом случае источник водоснабжения (река, пруд, озеро) обеспечивает полный расход воды, потребной для гидромониторной разработки грунта и для гидротранспорта пульпы. Во втором случае вода, отстоявшаяся при намыве грунта, возвращается к насосной станции и используется повторно; источник же водоснабжения обеспечивает лишь покрытие потерь воды (фильтрация в грунт, испарение и др.).

В третьем случае, являющемся видоизменением второго, потери воды компенсируются путем использования дополнительных источников водоснабжения (артскважин, запасных водоемов и др.).

Таблица 1. Напор струи гидромонитора, расход воды и уклон подошвы забоя при размыве различных грунтов

Таблица 2. Производительность землесосов по перекачиванию пульпы

Согласование земляных работ при использовании машин и механизмов

Распространение спецтехники и активное использование землеройных машин требует соблюдения требований безопасности,
связанных с охранными зонами надземных сетей. В таких случаях необходимо получение наряда- допуска на использование
экскаваторов, кранов и погрузчиков. Однако этот документ не освобождает организатора работ от необходимости запроса
и получения ордера от местной или региональной власти в соответствии с законодательством РФ. Как было указано ранее,
в России эти согласования не регламентированы на федеральном уровне, они регулируются региональными и местными
нормативными актами. Владелец сети применяет к согласованию отраслевые и внутренние технические условия, соблюдение
которых является обязательным условием допуска к работам.

Организация земляных работ

Организация проведения земляных работ связана с планированием определенных действий и учетом специфики конкретной
площадки (объекта) в поселении (городе) или регионе. Необходимо добиться четкого понимания факторов, способных
оказать воздействие на людей, спецтехнику и состояние объекта. Все эти условия можно разделить на несколько
категорий:

1. Местные условия — состояние грунта, вероятность подтоплений, обрушений и сползания пластов, обвалов
   штолен и карнизов, разрушения конструкций.
2. Общие условия — освещенность, возможность ограждения и локализации места работ, предотвращения
   проникновения посторонних лиц.
3. Земляные работы с использованием спецтехники — состояние машин и механизмов, вероятность аварий,
   нештатных ситуаций, нарушения правил эксплуатации со стороны операторов и помощников.
4. Окружение — наличие коммуникаций, инженерных сетей, кабелей и ЛЭП, трубопроводов, автомобильных и
   железных дорог.

Особого внимания требуют специфические объекты, расположенные непосредственно в зоне выполнения работ. К ним
относятся провалы, пещеры, размывы грунтов, заброшенные котлованы и здания.

Правила проведения земляных работ обязывают создавать условия по предотвращению опасностей в отношении персонала и
посторонних лиц, не связанных с выполнением заданий. Для этого принимаются меры в виде:

• ограждений и обозначения площадки (котлована, траншеи, углубления, насыпи);
• создания путей обхода и объезда;
• расстановки сигнальных и информационных средств (знаков, флажков и лент, источников света);
• организации места перехода через участок работ при отсутствии возможности создания обхода.

Установка ограждений требует соблюдения расстояния не более 2 м от края выемки грунта, а рядом с железными дорогами —
не более 2,6 м. Для организации прохода людей через опасную зону необходимо уложить пешеходные мостики шириной не
менее 0,75 м для прохода в одном направлении и не менее 1,2 м в двух направлениях одновременно. Высота ограждений
мостика должна составлять не менее 1,1 м с обязательной установкой по двум сторонам и перекрытием вертикального
пролета перил на высоте 0,5 м бортовой планкой шириной 0,15 м.

Обеспечение безопасности персонала и сторонних лиц, транспорта и спецтехники выстраивается по принципу приближения.
Для этого нужно обеспечить:

• целостность площадки, выемки, прилегающей территории;
• возможность безопасного перемещения людей;
• безопасность зданий и сооружений в зоне работ;
• безопасность персонала и спецтехники, привлеченной к выполнению задания.

При рытье котлованов пешеходные мостики не устанавливаются, поскольку такая площадка огораживается полностью, а
проход посторонних исключается. Если выемка грунта в котловане производится на глубине большей глубины залегания
расположенных рядом зданий, то организатор и производитель работ обязаны предотвратить возможность деформации
конструкции основания.

Организаторы земляных работ должны предусмотреть возможность выемки грунта отдельными короткими захватами длиной не
более 1,5 м. При проведении работ на подземных коммуникациях обязательно полное отключение их от источников
циркуляции, сброс давления, полный или частичный вывод систем из эксплуатации.

На строительных площадках организуется ограждение, оповещение, проход людей и проезд спецтехники по тем же правилам.
Доступ людей и техники, не занятой на объекте, может быть перекрыт. Порядок организации земляных работ
устанавливается руководителем участка, прорабом. При рытье котлованов требования техники безопасности учитываются
еще на проектном уровне и вносятся в проектную документацию объекта.

Оборудование гидромеханизации земляных работ

Общие сведения.

Гидромеханизация – особый способ производства земляных работ, при котором разработка, транспортирование и укладка грунта осуществляются при помощи воды.

Гидромеханизация основана на свойстве быстродвижущейся воды размывать грунт и переносить его во взвешенном состоянии к месту укладки, где вследствие уменьшения скорости вода теряет несущую способность и частицы грунта оседают.

Этим способом в гидротехническом строительстве возводят платины, дамбы и насыпи, разрабатывают котлованы под различные гидромеханические сооружения, каналы, углубляют водоемы, добывают песчано — гравийные материалы.

Рис.12.1 Общая схема гидромониторной разработки грунта: 1 – источник водоснабжения; 2 – водозаборное устройство; 3 – насосная станция; 4 – напорный водопровод; 5 – гидромонитор; 6 – забой; 7 – размытый грунт (пульпа); 8 – зумпф (колодец для сбора пульпы); 9 – пульповсасывающее устройство; 10 – грунтовой насос; 11 – пульповод; 12 – участок укладки пульпы (карта); 13 – осевший грунт; 14 – осветленная вода; 15 – шандорный колодец для отвода осветленной воды; 16 – лоток для сброса осветленной воды.

Различают два способа гидромеханизации земляных работ: гидромониторный и землесосный.

При гидромониторном способе разработка грунта осуществляется его размывом высоконапорной струей воды, формируемой и направляемой в забой 6 гидромонитором 5 (рис. 12.1). Требуемое давление воды создается водяным насосом 3, которая по напорному трубопроводу 4 подается к гидромонитору 5. Забор воды осуществляется из водоема через водозаборное устройство 2. Размытый грунт вместе с отработавшей водой – пульпа 7 – стекает в специальное углубление (зумпф) 8, откуда грунтовым насосом 10 через пульповсасывающее устройство 9 нагнетается в трубопровод–пульпопровод 11 и предварительно обвалованные участки – карты 12.

Вследствие падения скорости движения пульпы взвешенные частицы грунта 13 оседают, а осветленная вода 14 через шандорный колодец 15 и лоток 16 отводится для сброса или повторного использования.

Рис.12.2 Общая схема земснарядной разработки грунта: 1 – забой; 2 – рыхлитель; 3 – всасывающее устройство; 4 – водоем; 5 – понтон; 6 – грунтовой насос; 7 – двигатель грунтового насоса; 8 – напорный пульповод; 9 – свайный аппарат; 10 – поплавки для удержания пульповода; 11 – сухопутная часть пульповода; 12 – карта; 13 – осевший грунт; 14 – осветленная вода; 15 – шандорный колодец; 16 – лоток для сбора осветленной воды

При землесосном способе разработки подводных грунтов применяют плавучие, землесосные установки (землеснаряды) (рис.12.2). Плотные подводные грунты в забое 1 разрабатывают механическим способом с применением рыхлителей 2, а их транспортирование по всасывающему трубопроводу 3, напорному пульпопроводу 8 и сухопутной части пульпопровода 11, осуществляют грунтовым насосом 6, приводимым двигателем 7, расположенным на понтоне 5. Укладка грунта производится (позиции 12-18) также, как и при гидромониторном способе.

Для удержания земснаряда на рабочем месте в водоеме 4 служит свайный аппарат 9.

Гидромеханический способ разработки грунтов отличается высокой эффективностью и производительностью, особенно при массовых объемах земляных работ.

Однако для его реализации требуется большое количество воды, в связи с чем он применим для разработки грунтов вблизи водоемов, с береговых урезов и со дна водоемов. Кроме того, способ гидромеханизации применим не для всех грунтов. Плохо поддаются такой разработке грунты, содержащие большое количество камней, а также плотные глинистые.

Гидромеханизация землянных работ

Более того, гидравлическая укладка грунта обеспечивает необходимую плотность его в сооружении без дополнительных затрат на уплотнение, а так как при этом происходит отмыв глинистых и илистых частиц вместе с отработанной водой, то готовое земляное сооружение получается высокого качества. Следует отметить и тот факт, что данный способ производства земляных работ соответствует предъявляемым требованиям по экологической безопасности.

Помимо вышеуказанных особенностейгидромеханизированные работы имеют следующие преимущества:

• низкая энергоемкость с пересчетом на условное топливо;
• ускоренный процесс осадки сооружения на слабом основании в связи с более высокими нагрузками в процессе намыва;
• возможность попутного, в процессе укладки, фракционирования грунта за счет естественного разделения;
• возможность разработки, как обводненных карьеров, так и сухих (гидромониторно – землесосным способом) и, следовательно, возможность разработки выемок крупных котлованов, каналов без осушительных и водопонизительных работ;
• возможность подачи грунта с большей интенсивностью на ограниченные площади и труднодоступные для автотранспорта участки сооружений, например в узкие каньоны, пазухи сооружений и др.;
• не требуется строительство подъездных автодорог от карьеров к месту строительства сооружения;
• значительное снижение отвода площадей под карьеры за счет глубины их отработки.

Земснаряды АО «Сибгидромехстрой» работали в Новосибирской, Томской, Омской, Кемеровской и Свердловской областях, Алтайском и Красноярском краях, Ханты-Мансийском автономном округе, республике САХА (Якутия).

Накопленный опыт, а также мощная материально-техническая база позволяют применять гидромеханизацию для успешного решения следующих задач:

• намыв земляного полотна автомобильных и железных дорог, плотин, подходов к мостам, площадок под промышленное и гражданское строительство;
• обустройство нефтегазовых месторождений;
• строительство судоходных и оросительных каналов, акваторий портов, углубление дна рек, очистке водоемов;
• добыча сапропелей;
• замыв оврагов, низин;
• намыв площадок над вредными захоронениями и местами складирования отходов;
• намыв дамб и пляжей для защиты берегов от размыва;
• возведение дамб золо- и шлакоотвалов, перекачка золошлаков, хвостохранилищ;
• вскрышные работы на месторождениях полезных ископаемых;
• добыча и классификация нерудных строительных материалов и железнодорожного балласта из обводненных месторождений;
• получение формовочных и стекольных песков;
• обустройство мест отдыха, создание искусственных водоемов, пляжей.

Кроме отечественных земснарядов, с электрическим и автономным приводом разной производительности, в работе используются финские многофункциональные землесосные снаряды WaterMaster Classic III и Classic IV, Classic V позволяющие выполнять земляные работы, которые раньше были либо очень трудозатратны и экономически не выгодны, либо просто невозможны.

Предлагаемое к работе оборудование содержит следующие навесные элементы: гидравлический экскаватор, землесос с фрезой, грабли, вибропогружатель шпунта и свай.

С приобретением этих земснарядов мы полностью закрыли любые потребности рынка в гидронамывных земляных работах, а именно:

• дноуглубительные и очистные работы на мелких реках, озерах, каналах, прудах, любых остальных водоемах;
• землечерпательные работы в невозможных для других машин условиях (заболоченная местность, мелководье, береговые линии, водохранилища);
• строительство причальных стенок для катеров и яхт;
• подготовка и облагораживание берега водоема;
• уборка кустарника, водорослей, любой растительности;
• расширение акватории;
• устройство лодочных и катерных каналов или их углубление;
• создание искусственных островков;
• создание заводей для рыборазведения.

Земляные работы на инженерных сетях и вблизи от них

Одной из наиболее сложных задач с точки зрения общей безопасности считается выполнение земляных работ на инженерных
коммуникациях или вблизи от них. Профиль заданий может существенно отличаться в зависимости от их специфики и
условий объекта:

• подготовка траншей, котлованов, шурфов и колодцев при строительстве новых объектов и прокладке сетей;
• выполнение работ на действующих сетях и коммуникациях, объектах обеспечения и инфраструктуры;
• земляные работы, связанные со вскрытием элементов сетей, трубопроводов, подземных камер;
• проведение реконструкции действующей системы, выполнение работ в непосредственной близости или с пересечением
  действующей инженерной сети.

Подавляющее большинство земляных работ в населенных пунктах и на промышленных объектах проводится в условиях
близости, контакта или пересечения действующих сетей — в охранной зоне инженерных коммуникаций. Особая ситуация
возникает, когда работы выполняются вблизи линий связи, подземных кабелей, ЛЭП, надземных трубопроводов и
газопроводов.

Для организации работ в непосредственной близости к коммуникациям (в охранной зоне инженерной сети) требуется
согласовать план с ее собственником или эксплуатантом не позднее, чем за сутки до начала их выполнения и прибытия
техники. Владелец может потребовать от организатора работ проведения дополнительного инструктажа, сведений о
количестве единиц и типах техники, соблюдения особых требований по техническим условиям и правилам приближения к
объекту. Собственник сети направляет на место работ своего представителя для наблюдения и контроля безопасности.

На этапе согласования организатор работ и владелец сети изучают план-схему коммуникаций, уточняют расположение
элементов, глубину залегания, особенности устройства объекта. В случае невозможности точного определения этих данных
проводится шурфование для зондирования с использованием неразрушающих методов.

В местах с особым санитарным режимом (свалках, могильниках, полигонах) работы могут выполняться только при наличии
наряда-допуска, а также ордера, который может быть получен только если есть согласование с владельцем объекта. Для
проведения работ в замкнутых пространствах необходимо убедиться в том, что специалисты готовы к выполнению такого
рода заданий в особых условиях. Организатор и руководитель должны провести дополнительный инструктаж персонала,
изучить потенциально опасные факторы, принять меры к обустройству путей выхода из опасной зоны, эвакуации
работников.