Совершенствование технологии гидромеханизации земляных работ при возведении протяженных узкопрофильных сооружений

В. А. Седов 

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ 
ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ ЗЕМЛЯНЫХ 
РАБОТ ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ 
ПРОТЯЖЕННЫХ УЗКОПРОФИЛЬНЫХ 
СООРУЖЕНИЙ  

Монография 

Москва 
Берлин 
2019 

УДК 624.13 
ББК 38.623 
С28 

Ответственный редактор — д.т.н., проф. кафедры «Технологии и организация строительства» 
Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета М. М. Титов 

Рецензенты: 
В. Н. Анферов — проф. каф. «Подъемно-транспортные, путевые, строительные и дорожные машины» Новосибирского государственного архитектурно-строительного универс, д.т.н., проф.; 
С. М. Кузнецов — проф. кафедры «Технология, организация и экономика строительства» Сибирского государственного университета путей сообщения, д.т.н., старш. научный сотрудник 

Седов, В. А.

С28
Совершенствование технологии гидромеханизации земляных работ 

при 
возведении 
протяженных 
узкопрофильных 
сооружений 
: 

монография / В. А. Седов. — Москва ; Берлин : Директ-Медиа, 2019. —
137 с.

ISBN 978-5-4499-0269-6 

Монография посвящена решению актуальной задачи ресурсо-, энергосбережения в 
строительстве путем научного обоснования нетрадиционного способа вывода грунтонасосов земснарядов из нештатных ситуаций, разработки достоверного метода расчетного обоснования проектной грунтопроизводительности земснарядов после вывода грунтонасосов из нештатных ситуаций, а также обоснованного назначения 
коэффициента использования рабочего времени гидромеханизированных комплексов 
при наличии дополнительных ступеней напора (перекачивающих станций). Основные 
результаты внедрены на строительных объектах ЗАО «Сибгидромехстрой», в том числе на объектах Федерального значения. По своей значимости задачи, решенные соискателем, представляют научную ценность и практическую значимость для строительного комплекса РФ. 
Материалы монографии основаны на результатах натурных испытаний работы 
строительных машин. Достоверность полученных результатов подтверждена хорошим совпадением величин измеренного в натурных условиях и рассчитанного по методу автора подпора эжектора в напорном трубопроводе грунтонасосов, аргументированным 
доказательством 
достоверности 
элементов 
разработанной 
автором 
математической модели гидравлической системы грунтонасосов с эжектором в их 
напорном трубопроводе их широким внедрением в производство путем практической 
реализации научно обоснованных автором изменений ППР при возведении Северного 
обхода г. Новосибирска Федеральной автомобильной дороги Омск — Новосибирск. 
Предназначена для инженеров, научных работников и студентов строительных и 
экономических специальностей очной и заочной форм обучения. 
Текст печатается в авторской редакции. 

УДК 624.13 
ББК 38.623 

ISBN 978-5-4499-0269-6
© Седов В. А., текст, 2019
© Издательство «Директ-Медиа», оформление, 2019

СОДЕРЖАНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................................................... 3 

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА  И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ .................................. 7

1.1. Классификация намывных земляных сооружений по различным 
признакам .............................................................................................................................................. 7 

1.2. Особенности возведения узкопрофильных 
протяженных сооружений ............................................................................................................ 8 

1.3. Оптимизация технологических процессов гидромеханизации ................... 20 

1.4. Вспомогательные работы .................................................................................................. 27 

1.5. Выводы и задачи исследований ..................................................................................... 27 

2. ОБОСНОВАНИЕ НЕТРАДИЦИОННОГО СПОСОБА УВЕЛИЧЕНИЯ
ПРИВЕДЕННОЙ ДАЛЬНОСТИ ГИДРОТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ГРУНТА 
ЭЖЕКТИРОВАНИЕМ НАПОРНОГО ТРУБОПРОВОДА ГРУНТОНАСОСА ..................... 29 

2.1. Факторы, определяющие приведенную дальность 
гидротранспортирования грунта .......................................................................................... 29 

2.2. Существующие способы эжектирования  и методы их 
расчетного обоснования ............................................................................................................. 32 

2.3. Разработка метода расчетного обоснования параметров 
эжектирования напорного трубопровода ........................................................................ 40 

3. ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ СТУПЕНЕЙ НАПОРА В
ТРАНСПОРТНОЙ ЛИНИИ ЗЕМСНАРЯДОВ С ПЕРЕКАЧИВАЮЩИМИ 
СТАНЦИЯМИ ........................................................................................................................................... 52 

3.1. Возможные схемы соединения  и их предварительный анализ .................. 52 

3.2. Метод расчета коэффициента использования  рабочего времени 
многоступенчатых гидромеханизированных комплексов ..................................... 57 

3.3. Расчёт экономического эффекта  от эжектирования напорного 
трубопровода грунтонасоса ...................................................................................................... 62 

4. ФОРМИРОВАНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ОСНОВНЫХ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ РАБОТ В ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ .................... 68 

4.1. Основные положения ........................................................................................................... 68 

4.2. База данных по земснарядам, грунтовым  и водяным насосам .................... 72 

4.3. База данных по вспомогательным машинам и механизмам .......................... 74 

4.4. Автоматизация ресурсосберегающего проектирования 
комплектов машин ........................................................................................................................ 76 

5. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОРГАНИЗАЦИИ
ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ НА ПРИМЕРЕ СЕВЕРНОГО ОБХОДА 
Г. НОВОСИБИРСКА ФЕДЕРАЛЬНОЙ АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ 
ОМСК — НОВОСИБИРСК ............................................................................................................... 105 

5.1. Схема организации работ при возведении  5-го и 6-го пусковых 
комплексов ...................................................................................................................................... 105 

5.2. Увеличение проектной величины приведенной дальности 
гидротранспортирования грунта ....................................................................................... 108 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................................................... 123 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ................................................................................................................... 124 

ВВЕДЕНИЕ 

Важными народнохозяйственными задачами в современных условиях являются снижение стоимости строительства, сокращение трудовых 
затрат и внедрение энерго- и ресурсосберегающих технологий. Этим 
требованиям в полной мере отвечает гидромеханизация как один из 
наиболее эффективных способов комплексной механизации массовых 
земляных работ. Гидромеханизация — единый неразрывный технологический комплекс от разработки до укладки грунта в земляное сооружение, имеющий ряд важных преимуществ перед другими способами 
производства земляных работ, основные из которых следующие: 
1) экологичность, особенно в условиях городской застройки;
2) малочисленный обслуживающий персонал;
3) сокращение площади земельного отвода карьера за счет более
полной отработки обводненных месторождений нерудных строительных материалов или разведанных карьерных залежей с применением 
специальных грунтозаборных устройств и эжекторов с целью увеличения глубины подводной разработки грунта; 
4) возможность использования под строительство бросовых земель:
оврагов и балок, пойменных, заболоченных и подтопляемых территорий; 
5) высокая производительность труда благодаря непрерывности
всех технологических операций по разработке, транспорту и укладке 
грунта; 
6) относительно низкая стоимость работ, например, по сравнению
с производством земляных работ сухим способом; 
7) высокая степень механизации и автоматизации всех процессов.
Особо важны перечисленные достоинства гидромеханизации при 
возведении протяженных земляных сооружений (гидротехнических и 
мелиоративных дамб, земляного полотна автомобильных и железных 
дорог и др.). Специфика организационно-технологических решений при 
производстве таких работ отражена в специальной литературе и в нормативных документах совершенно недостаточно. При этом наиболее 
сложно решается задача обоснования проектной грунтопроизводительности земснарядов с учетом периодически возникающих нештатных ситуаций в режимах работы грунтонасосов («Кавитация грунтонасоса», 
«Дефицит напора грунтонасоса», «Работа гидравлической системы грунтонасоса на левой рабочей точке», «Разорванные рабочие характеристики 
гидравлической системы»). Многолетняя практика производства гидромеханизированных земляных работ при возведении протяженных сооружений в ЗАО «Сибгидромехстрой», особенно при строительстве Северного 
обхода г. Новосибирска Федеральной автомобильной дороги Омск — Новосибирск, убедительно выявила следующие обстоятельства: 
1) из указанных выше возможных нештатных ситуаций две последние («Работа гидравлической системы грунтонасоса на левой рабочей 

точке», «Разорванные рабочие характеристики гидравлической системы»), во-первых, составляют, как правило, не более 5–10% от общего 
количества нештатных ситуаций, во-вторых, вывод грунтонасосов из 
этих нештатных ситуаций экономически целесообразен только на стадии проектирования. То есть до приобретения организацией оборудования и комплектующих; 
2) особую актуальность имеет задача вывода грунтонасоса из периодически возникающей нештатной ситуации «Дефицит напора грунтонасоса», когда относительно небольшие дефициты напора чередуются с их 
избытком, что в свою очередь, приводит к нештатной ситуации «Кавитация грунтонасоса». 
В связи с изложенным, задачами исследований явились: 
1) инженерное решение и научное обоснование его параметров путем нетрадиционного вывода гидротранспортной системы земснарядов 
из нештатной ситуации «Дефицит напора грунтонасоса» эжектированием напорного трубопровода грунтонасоса; 
2) создание единой гидравлической системы эжектирования всасывающего и напорного трубопроводов грунтонасоса для обеспечения 
оперативного вывода гидротранспортной системы земснарядов из 
наиболее часто возникающих нештатных ситуаций «Дефицит напора 
грунтонасоса» и «Кавитация грунтонасоса». 
Не менее актуальным в рассматриваемых условиях является оперативное проектирование вспомогательных работ (вскрытие карьеров, 
подготовка основания под сооружения, возведение первичного обвалования и др.). Решение такой задачи может быть существенно облегчено 
после создания необходимой компьютерной базы данных с адресным 
поиском. 

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА
И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 

1.1. Классификация намывных земляных сооружений 
по различным признакам 

В соответствии с [1–5] намывные земляные сооружения подразделяются по следующим признакам. 
По способу возведения: 
намывные сооружения, грунт для возведения которых разрабатывают только средствами гидромеханизации; 
полунамывные — сначала сухой грунт разрабатывают и укладывают 
в боковые призмы сухоройными средствами (с подвозом любыми 
транспортными средствами), а затем размывают плавающими в отстойном прудке гидромониторами с самотечным распределением грунта по профилю; 
комбинированные — одну часть поперечного профиля возводят способом сухой отсыпки и уплотнения грунта, а другую — способом гидромеханизации. 
По воспринимаемому напору: 
напорные — плотины, дамбы (плотины — постоянные сооружения, 
преграждающие водный поток; дамбы, как правило, временные сооружения, ограждающие водное пространство или часть его); 
безнапорные — штабели нерудных строительных материалов, территории, намываемые под гражданское или промышленное строительство, насыпи автомобильных и железных дорог и др. 
По характеру распределения грунта в поперечном профиле: 
условно однородные — протяженные узкопрофильные сооружения 
(дамбы, насыпи автомобильных и железных дорог), территории, плотины гидроузлов, намываемые из однородных карьерных грунтов и др.; 
условно неоднородные — плотины гидроузлов, намываемые из неоднородных карьерных грунтов по двухсторонней схеме. 
По высоте: 
низкие (высота менее 15 м); 
средние (высота от 15 до 50 м); 
высокие (высота более 50 м). 
По размерам поперечного профиля: 
узкопрофильные — оградительные и разделительные дамбы, насыпи 
автомобильных и железных дорог и др.; 
среднепрофильные — малые плотины гидроузлов энергетического и 
водохозяйственного назначения; 
широкопрофильные — плотины крупных гидроузлов; 
площади — намывные аэродромы, площади под гражданское и промышленное строительство, сельскохозяйственные площади. 

1.2. Особенности возведения узкопрофильных 
протяженных сооружений 

1.2.1. Особенности технологии производства работ 

Из трех известных способов намыва (эстакадный, безэстакадный и 
низкоопорный) узкопрофильные протяженные сооружения возводят, 
как правило, безэстакадным способом. В соответствии с рекомендациями П31-86 [6] и СНиП 2.06.05-84 [7] практическая реализация безэстакадного способа возможна при содержании в карьерном грунте частиц 
d > 0,05 мм более 75%, в том числе частиц d >0,1 мм свыше 50%. 
В соответствии с [2, 8–12 и др.] существуют следующие типовые схемы намыва узко- и среднепрофильных сооружений. 
Безэстакадный пионерно-торцовый намыв с перемывом проектного 
профиля (рисунок 1.1). 
 

 
1 — первичное обвалование; 2 — распределительный трубопровод;  
3 — «шапка» насыпи, формируемая экскаватором из резерва грунта 4 

Рисунок 1.1 — Намыв узкопрофильной насыпи безэстакадным способом 
 

Сосредоточенный выпуск пульпы из торца распределительного трубопровода, укладываемого непосредственно на намытый грунт краномтрубоукладчиком повышенной проходимости без прекращения процесса намыва. Высота яруса намыва: 1–1,5 м при удлинении распределительного трубопровода и 0,7–1 м при укорачивании. Этот способ применяют при намыве сооружений из гравелистых, крупно-, средне- и 
мелкозернистых песков, реже — из пылеватых песков, обладающих достаточной несущей способностью. Несущая способность намытого грунта 
достаточна для обеспечения работоспособности крана-трубоукладчика, 
если в карьерном грунте (по массе) частиц d > 0,05 мм более 75%, в том 
числе частиц d > 0,1 мм свыше 50%. 

Из-за сложности намыва верхней части сооружений производят недомыв земляного полотна поверху (рисунок 1.1, 4) и перемыв на одном из 
откосов (рисунок 1.1,4). В дальнейшем шапку 3 отсыпают насухо, перемещая грунт экскаватором из области 4 поперечного профиля в область 3. 
Безэстакадно-тонкослойный способ намыва (рисунок 1.2). Намыв 
ведут слоями 0,15–0,6 м. Распределительный трубопровод на быстроразъемных раструбных соединениях собирается и разбирается краномтрубоукладчиком без прекращения намыва. Также без прекращения 
намыва бульдозером возводится попутное обвалование. Требования к 
карьерным грунтам те же, что и в приведенном выше способе намыва. 

1 — водосбросный колодец с трубой; 2 — прудок; 3 — кран-трубоукладчик 
БТК-5; 4 — распределительный трубопровод с быстроразъемным (раструбным) соединением; 5 — бульдозер 

Рисунок 1.2 — Безэстакадно-тонкослойный способ намыва 
 
Безэстакадно-торцовый способ намыва (рисунок 1.3). Отличается 
от безэстакадно-тонкослойного намыва только высотой очередного 
слоя намыва (> 1,5 м). 
 

 
1 и 2 — первичное и попутное обвалование; 3 — положения распределительного трубопровода; 4 — водосбросный колодец; 5 — водосбросная траншея; 
6 — кран-трубоукладчик; 7 — бульдозер 

Рисунок 1.3 — Безэстакадно-торцовый способ намыва 

Безэстакадно-встречно-торцовый способ намыва (рисунок 1.4). 
Намыв каждого слоя ведут в направлении, противоположном направлению намыва предыдущего слоя при работе одного из двух попеременно 
работающих водосбросных колодцев. Это позволяет уменьшить продольную сегрегацию уложенного грунта, а значит — повысить однородность фракционного состава вдоль оси сооружения. Применяют этот 
способ при повышенных требованиях к плотности и однородности 
грунта, а также для повышения несущей способности намытого грунта в 
зоне выпуска с целью облегчения технологического процесса возведения попутного обвалования. Это возможно из-за отложения в зоне выпуска наиболее крупных фракций, входящих в карьерный грунт. Применяют при намыве профильных насыпей высотой 6–8 м из мелких и 
пылеватых песков или из супесей с плохой водоотдачей. Намыв ведут 
отдельными картами длиной 300–400 м, меняя направление. При этом 
прудок-отстойник перемещается от одного колодца к другому, переходя 
на участки с хорошо подготовленным обвалованием. Для реализации 
этого способа производства работ первоначально возводят основание 
насыпи высотой до 3 м бесколодцевым способом для создания дренирующего слоя. На это основание намывают верхнюю часть насыпи. 
Осветленную воду сбрасывают всегда через дальний (от выпуска) колодец. У ближнего, закрытого шандорами и потому не работающего, откладываются более крупные фракции грунта, что повышает проходимость бульдозеров. Верхняя часть насыпи формируется, как правило, 
методом «набивки гребня». Высота слоя намыва до 1,5 м. Разновидность 
способа — намыв при одном водосбросном колодце. 
 

 
1 — магистральный трубопровод; 2 — стояк распределительного трубопровода; 3, 4 — водосбросные колодцы с трубами; 5 — переключатель пульпы 

Рисунок 1.4 — Безэстакадно-встречно-торцовый способ намыва 
 
Безэстакадный 
продольно-торцовый 
бесколодцевый 
способ 
намыва (рисунок 1.5). Сооружение намывается сразу на полную высоту. 
Способ обеспечивает продвижение фронта намыва без деления сооруже