Способ засасывания грунта потоком воды заключается в разработке его с помощью землесосных снарядов, основным агрегатом которых является землесос - одноступенчатый центробежный насос специальной конструкции, приспособленный для перекачки пульпы (даже с включениями диаметром до 35 см). Все остальное оборудование носит вспомогательный характер.
При работе землесоса во всасывающей трубе, опущенной под воду на грунт, создается разряжение, под действием которого в нее засасывается вода и грунт, причем грунт разрушается под действием большой скорости всасывания воды. Для облегчения разработки плотных и связных грунтов на конце всасывающей трубы устанавливают вращающиеся рыхлители, большей частью фрезерного типа с ножами. Пульпа по всасывающей трубе поступает в плавучий (на понтонах) пульповод, из него в магистральный береговой и далее в распределительные пульповоды, из которых выливается на место укладки (рис. 69, а).
Рис. 69. Способы разработки и транспорта грунта в гидромеханизации:
а - землесосным снарядом (1 - разработанная часть карьера; 2 - карта разработки; 3 - землесосный снаряд; 4 - плавучий пульповод; 5 - магистральный (береговой) пульповод; 6 - река); б - гидромониторами (1 - карьер; 2 - лента разработки; 3 - напорная струя воды; 4 - гидромонитор; 5 - трубопровод, подводящий воду; 6 - магистральный пульповод; 7 – землесосная станция; 8 - всасывающая труба; 9 - зумпф; 10 - пульпоотводящие канавки); в - свободным потоком воды (1 - трубопровод, подводящий воду; 2 - распределительный трубопровод; 3 - подача воды в карьер; 4 - карта разработки; 5- пульпоотводящая траншея; 6 - смывные траншеи; 7 - карьер).
Для поддержания контакта всасывающей трубы землесоса с поверхностью разрабатываемого грунта землесосный снаряд совершает рабочие перемещения (папильонирование). Для этого он оборудован лебедками и тросами или свайно-тросовым устройством. В первом случае от лебедок, установленных на судне, к берегу протягивают тросы, концы которых закрепляют за анкерные опоры. По мере включения лебедок тросами можно подтягивать судно в направлении точек закрепления на берегу.
При свайно-тросовом устройстве в кормовой части судна в специальных отверстиях подвешиваются две сваи, которые при помощи лебедок могут попеременно опускаться и подниматься. Судно может поворачиваться вокруг одной опущенной сваи при помощи лебедок и тросов, как и в предыдущем способе (рис. 70).
Рис. 70. Схема свайного хода земснаряда и его забоя:
1', 2', 3', 4' и 1,2, 3,4 - соответственно следы опускания сваи и перемещения рыхлителя; 5 - свая; 6 - рыхлитель; 7 - трос; 8 - лебедка; 9 - лента разработки.
Плавучие землесосные снаряды в гидромелиоративном строительстве применяются на очистке каналов и отстойников, русл рек и водоемов от наносов, на разработке грунта в карьерах, в котлованах гидротехнических сооружений, в каналах, ими намываются дамбы, плотины и перемычки.
С помощью землесосных снарядов грунт можно разрабатывать со дна рек и водоемов на береговых участках со стороны водной поверхности и других территориях. Если участок (карьер) находится на небольшом расстоянии от реки или водоема, то, начиная от них и до забоя, один землесосный снаряд разрабатывает узкую (равную ширине корпуса судна) траншею и по ней остальные снаряды вводятся в забой. На участке, сильно удаленном от водоисточников, землеройные машины разрабатывают небольшой пионерный котлован, куда по специальному каналу или насосами подается вода. В пионерном котловане монтируется один землесосный снаряд, который затем расширяет его до нормальных размеров забоя, подготавливая фронт работ для других снарядов.
Общая глубина разработки грунта землесосными снарядами складывается из глубины надводной и подводной части забоя. Глубину подводной разработки назначают с учетом проектных отметок дна выемки. Максимально возможная глубина разработки грунта под водой для каждого типа землесосного снаряда указывается в паспорте машины. В практике строительства может встретиться случай, когда, требуемая глубина выемки больше максимально возможной глубины разработки. В этом случае разработку грунта ведут в два яруса. В первую очередь грунт разрабатывают на максимально возможную глубину, после чего котлован отгораживают от водоема перемычкой и с помощью земснаряда откачивают воду из котлована до нужного уровня, затем начинают разработку второго яруса. Для поддержания уровня воды в котловане воду подают по трубе, заложенной в перемычке.
До начала работ площадь выемки разбивают на ленты, карты и блоки разработки грунта. Ширину ленты (прорези) для свайного способа передвижения определяют по формуле
(72)
где R - горизонтальное расстояние от оси сваи до крайней точки рыхлителя, м;
- угол поворота земснаряда вокруг сваи, град, (обычно 70-80о).
Земснаряд при помощи плавучего (на понтонах) пульповода в специальных местах (береговых подключениях) соединяется с береговым магистральным пульповодом.
Площадь, разрабатываемая с одного берегового подключения, называется картой разработки. Размеры карты и число лент на ней зависят от длины плавучего пульповода. Несколько карт образуют один блок разработки. Размер блока определяется числом карт, разрабатываемых при одном положении берегового пульповода.
Чтобы плавучий пульповод не сносило течением на земснаряд, последний должен работать против течения. Скорость течения должна быть не более 0,75 м/с, а волнение не должно превышать трех баллов.
При разработке котлованов бетонных гидротехнических сооружений, согласно СНиП III-Б.2-62 необходимо оставлять защитный слой толщиной от 0,5 до 2 м.
Необходимую часовую производительность землесосного снаряда по пульпе определяют по формуле
(73)
где
Vк - общий объем разрабатываемого грунта, м3;
п - пористость грунта естественного сложения, в долях единицы;
q - удельный расход воды, м3;
Т - число рабочих часов согласно сроку работы земснаряда на объекте, ч.
Необходимый объем карьера для намыва земляного сооружения находят по формуле
(74)
где
Vк - необходимый объем карьера, м3;
Vс - геометрический объем намываемого сооружения, м3;
- плотность скелета грунта в намываемом сооружении, т/м3;
- плотность скелета грунта в карьере, т/м3;
а - объем грунта сбрасываемого в отмыв, доли единицы.
Согласно СНиП ІІ-И.5-62 при намыве плотин без ядра сбрасываются в отмыв все частицы диаметром меньше 0,01 мм, а при намыве плотин с ядром - все частицы диаметром меньше 0,005 мм. Необходимое число землесосных снарядов приближенно определяется по формуле
(75)
где
Q - часовая производительность землесоса по воде, м3/ч (принимается из паспорта землесоса);
Кh - коэффициент, учитывающий влияние высоты забоя, если общая высота забоя меньше минимально необходимой для нормальной работы земснаряда, то принимается Кh =0,85-0,95;
Кв - коэффициент, учитывающий использование земснаряда по времени. Согласно ЕНиР, он зависит от способа намыва грунта и типа намываемого сооружения. В пределах смены Кв =0,55-0,85. При расчете числа земснарядов принимают более низкое значение Кв, так как в течение года целый ряд простоев ЕНиР не учитывают.
