Земляные работы являются одним из самых массовых процессов в строительстве. На один миллион рублей строительномонтажных работ в жилищном и гражданском строительстве выполняется в среднем около 5 тыс. м3 земляных работ.

Несмотря на достигнутый уровень комплексной механизации в 98,2%, земляные работы остаются одними из наиболее трудоемких и тяжелых в строительстве, удельный вес их в общей трудоемкости строительно-монтажных работ в жилищном и гражданском строительстве составляет около 10-12%.

Для механизации земляных работ в зависимости от их интенсивности, сосредоточенности, характеристики грунта и принятой организации работ применяются одноковшовые и многоковшовые экскаваторы в комплекте с бульдозерами, уплотняющими машинами, транспортными средствами и прочими машинами.

На основных земляных работах используют преимущественно экскаваторы с емкостью ковша 0,4-0,65 м3, на вспомогательных и малообъемных работах — экскаваторы с емкостью ковша 0,18-0,25 м3 на базе трактора «Беларусь».

Для рытья траншей в мерзлом грунте московские домостроители наряду с экскаваторами типа ЭР-7А успешно применяют хорошо зарекомендовавшие себя навесной роторный экскаватор типа ЭТР-132 с улучшенной по предложению работников треста «Мос- стройорганизация» № 5 конструкцией рабочей части ротора, а для послойной разработки мерзлого грунта изготовленную Главмосстроем высокопроизводительную навесную землефрезерную машину ЗФМ-2Э00, которая фрезерует мерзлый грунт на глубину до 300 мм за один проход при ширине захвата 2300 мм.

Наряду с этим многие процессы в земляных работах выполняются вручную. Так, например, зачистка дна траншей и котлованов, рытье приямков для устройства стыков трубопроводов, очистка траншей от осыпающегося грунта и др.

Затраты ручного труда на земляных работах распределяются так:

- разработка грунта для прокладки кабельных сетей и трубопроводов, копание мелких ям и приямков — 22%;

- зачистка дна траншей и котлованов после выемки грунта экскаватором — 30%;


- планировка откосов и поверхности грунта — 8%;

- обратная засыпка пазух и траншей — 12%;

- уплотнение грунта — 6%;

- прочие работы — 22%.

Как показывает обобщение опыта работы ряда строительных организаций, земляные работы, выполняемые вручную, можно классифицировать на:

- малообъемные, где применение существующих высокопроизводительных и громоздких машин нерентабельно;

- работы в стесненных условиях, где применение вышеуказанных машин технически невозможно;

- операции и процессы, не поддающиеся механизации традиционными машинами.

Обычно механизированные процессы выполняются вручную из-за отсутствия соответствующих машин.

Для механизации земляных работ ряд строительных организаций разработал и внедрил новые приспособления к машинам.

Выпускаются малогабаритные планировщики в виде навесного оборудования с двумя или одним отвалом на тракторе малой мощности.

У бульдозера передний и задний отвалы с гидравлическим управлением смонтированы на тракторе Т-54В. Ширина отвала — 1330 мм, высота переднего отвала — 600 мм, заднего — 500 мм. Применение этих планировщиков снижает затраты ручного труда па зачистке дна траншей и котлованов. Для этих же целей служит универсальный ковш к экскаватору с передним козырьком, прямолинейной режущей кромкой.

Для разработки под проектную отметку траншей создано приспособление к ковшу обратной лопаты экскаватора Э-5015. Приспособление представляет собой планку с режущей кромкой, шарнирно закрепленную на ковше экскаватора. В рабочем положении планка закрывает зубья ковша, образуя сплошную режущую кромку. При разработке грунта обычным способом планка с помощью гидроцилиндра прижимается к верхней стенке, обнажая зубья.

Подобный зачистной ковш разработал и внедрил .в производство конструкторско-экспериментальный отдел НИИ промстроя совместно с трестом «Строймеханизация-2» Главбашстроя для экскаваторов емкостью ковша 0,65 и 0,35 м3.

Применение экскаваторов-планировщиков (ЭО-2131А, ЭО- 3332 и др.) в грунтах I—III категорий позволяет выполнять под требуемую отметку планировку и зачистку котлованов, траншей, откосов и других земляных сооружений.

В зарубежной практике для разработки траншей применяют универсальные гидравлические экскаваторы, снабженные различными рабочими органами. Так, французская фирма Poclain выпускает экскаваторы, которые выполняют следующие работы: проходка траншей ковшом соответствующей ширины; разработка траншей вдоль оград, вблизи зданий специальной обратной лопатой со смещенной осью; копание приямков, ям под колодцы напорным грейфером и т.д. Для разработки траншей в стесненных условиях в Австралии применяют малогабаритный полноповоротный гидравлический экскаватор с обратной лопатой модели Smally-360/5 на пневмоколесном полуприцепе. В пределах строительной площадки машина может передвигаться с помощью ковша и стрелы. Емкость ковша машины — 0,14 м3, глубина копания — 2,5 м, максимальный радиус копания — 3,7 м. При обратной засыпке траншей в США используют шнековый засыпатель модели 3500, который обладает большой производительностью и требует меньше места для работы, чем бульдозер.

В зарубежной практике нашли широкое применение для уплотнения грунта при обратной засыпке навесные гидротрамбовки, навешиваемые на одноковшовые гидравлические экскаваторы вместо обратной лопаты.

На основании изучения основных направлений развития конструкций отечественных и зарубежных машин для комплексной механизации земляных работ в ЦНИИОМТП разработан, изготовлен и испытан комплект сменных специализированных рабочих органов к одноковшовым гидравлическим экскаваторам емкостью ковша 0,4-0,5 м3 для земляных работ. В том числе комплект ковшей различной ширины, навесной гидромолот, гидротрамбовка, удлинительная вставка к штанговому грейферу.

Ковши с прямолинейной режущей кромкой шириной 0,60; 0,80; 1,00; 1,40 м, и емкостью 0,4 м3 предназначены для разработки различной ширины траншей под инженерные коммуникации под проектную отметку.

Использование в производственных условиях показало, что ковши отвечают предъявленным требованиям и позволяют разработать траншеи без дополнительной ручной доработки и без снижения производительности экскаватора в грунтах до III категории, позволяют уменьшить объем земляных работ за счет сближения параметров рабочего органа и объекта.

Гидротрамбовка предназначена для уплотнения грунта в стесненных условиях, которые весьма разнообразны. Для осуществления этой работы требуется соответствующее оборудование. Однако строители в настоящее время не располагают необходимыми специальными машинами.

Для уплотнения грунтов в стесненных условиях в строительстве находят применение ручные электротрамбовки и само передвигающиеся вибрационные плиты производства ГДР, которые из- за малой эффективности не имеют успеха у строителей.

Предлагаемая навесная гидротрамбовка монтируется на рукояти экскаватора вместо ковша. Максимальная глубина опускания уплотняющего рабочего органа относительно уровня стояния экскаватора более 7 м.

Уплотняющее оборудование обеспечивает глубину уплотнения от 50 до 80 см, производительность — от 50 до 100 м3/час.

Гидромолот предназначен для разработки мерзлого грунта, вскрытия старых дорожных покрытий. Максимальная производительность — до 25 м3/час.

Удлинительная вставка к напорному грейферу позволяет увеличить глубину копания до 7,8 м для экскаваторов 3-4 размерных групп параметрического ряда.

Оснащение существующих конструкций гидравлических экскаваторов описанной номенклатурой специализированных рабочих органов значительно расширяет технологические возможности машин, позволяет провести технологическую специализацию гидравлических экскаваторов и механизировать многие процессы и операции в земляных работах.

В технологическом комплексе земляных работ значительное место занимает уплотнение грунтов как при строительстве инженерных сооружений, так и при обратных засыпках.

В настоящее время основные объемы грунтов (до 70-75%) при широком фронте земляных работ уплотняются катками статистического действия (с гладкими вальцами, кулачковыми или пневмошинными). В перспективе предусматривается значительное увеличение доли объемов работ, выполняемых катками вибрационного действия. Увеличивается также объем работ, выполняемых трамбующими и вибротрамбующими машинами и машинами комбинированного действия.

Особого внимания заслуживает вопрос уплотнения грунтов в стесненных условиях: пазухах фундаментов, засыпках под полы, траншеях под трубопроводы и т.п. Для уплотнения грунта в стесненных условиях используется виброплиты, создается навесное уплотняющее оборудование к экскаваторам и кранам. Получают применение для этих же целей малогабаритные виброционные катки.

Технологический процесс по устройству обратных засыпок требует больших затрат ручного труда. Расчеты показывают, что для более качественного уплотнения требуется дополнительное привлечение на ручные работы более 10 тыс. рабочих.

Из-за нехватки на стройках рабочей силы грунт обратных засыпок в большинстве случаев не уплотняется, в результате происходят просадки неуплотненного Грунта и разрушение возводимых на нем строительных конструкций.

На особо важных строительных объектах, где просадки грунтов недопустимы, для обратных засыпок используют дорожностроительные материалы — песок, щебень, гравий и даже бетон. Кроме того, устройство обратных засыпок в ряде случаев производится с грубыми нарушениями технологии.

В связи с этим Госстроем СССР была разработана Инструкция по устройству обратных засыпок грунта в стесненных местах (СН-536-81), которая была введена в действие с 1 января 1988 г.

В инструкции содержатся требования к грунтам для обратных засыпок, регламентировано использование засыпок из дорожностроительных материалов.

МАДИ предложена новая конструкция ковша экскаватора, позволяющая одновременно с копанием производить зачистку основания. При этом производительность экскаватора повысилась в среднем на 16,1%.

Эффективным способом снижения сопротивления грунта копанию путем устранения его внешнего и внутреннего трения является применение смазки ковша экскаватора сжатым газом. Сущность этого способа заключается в том, что через перфорированные отверстия на внутреннюю поверхность скольжения, контактирующую со средой, от источника сжатого газа непрерывным потоком подается сжатый воздух.

Копание грунта ковшом с газовой смазкой внутренней поверхности скольжения протекает более эффективно. Отсутствует залипание внутренней поверхности скольжения, по которому перемещается пласт грунта. Это позволяет рекомендовать ковши донного типа для эксплуатации при разработке влажных и липких грунтов.

При использовании таких ковшей сила сопротивления грунта копанию меньше, чем при эксплуатации ковшей традиционного типа.

Представляют интерес электрические способы разрушения грунтов: электротермомеханический (ЭТМ) и электродинамический (ЭД).

Первый из них сочетает в себе периодически повторяющиеся воздействия на грунт сначала тепловым полем, затем механическим инструментом.

Для электротермомеханической обработки грунта эффективно применение инфракрасного излучения. Грунт на площади в несколько квадратных метров за 10-60 с прогревается на глубину 5-20 мм. При этом возникает термонапряжение, превышающее предел прочности крепких упругих грунтов, что приводит к их разрушению.

В сравнении с традиционными механическими способами разрушения грунтов способ ЭТМ отличается меньшими усилиями при механическом воздействии и меньшим износом инструмента.

При электродинамическом способе грунт разрушается высоковольтным разрядом. Под воздействием высокого напряжения в грунте образуется канал электрического пробоя, в котором порода преобразуется в плазму. Расширение плазмы происходит за короткое время, что приводит к образованию ударной волны, разрушающей твердую среду.

Следует учесть, что применение указанных способов для разрушения скальных и мерзлых грунтов наиболее целесообразно в тех условиях, когда применить взрыв невозможно или нежелательно из- за сейсмической опасности воздействия на окружающую среду.

В качестве базовой машины используется горное или землеройное серийное оборудование, на которое навешиваются соответствующие рабочие органы.

На основании сказанного следует полагать, что сокращение ручного труда, снижение трудоемкости и стоимости земляных работ будут осуществляться по следующим направлениям:

- увеличение существующего парка строительных машин с их совершенствованием;

- резкое улучшение использования многочисленного парка . строительных машин и транспортных средств, что является важнейшим резервом повышения эффективности строительного производства;

- совершенствование технологии строительного производства, примером которого является получивший в настоящее время массовое применение метод устройства свайных оснований. В жилищно-гражданском строительстве стоимость возведения подземной части зданий, таким образом, снижается на 10-20%, объем земляных работ сокращается от 40 до 80%;

- создание новых моделей марок машин для малой механизации, работы в стесненных условиях и для механизации тех процессов, которые не механизированы (рытье глубоких ям, уплотнение грунта при обратной засыпке, зачистные работы и т.д.). В этом случае целесообразным будет широкое использование универсальных машин с разнообразной номенклатурой сменного специализированного оборудования. Быстро заменяемое, сравнительно недорогое навесное рабочее оборудование позволит наиболее эффективно использовать базовые машины, снизить капитальные вложения и сократить парк.