Исследование механических способов очистки городских водоемов

Исследования механических способов очистки городских водоемов

Е. С. Иванов - канд. техн. наук, профессор

ФГОУ ВПО "Московский государственный университет

Природообустройства", г. Москва, Россия

Водоемы г. Москвы формируют ландшафтный облик и являются основой природного комплекса столицы, составляя вместе с реками 13,5% всей территории города. Благодаря живописному пересеченному рельефу и разнообразной растительности прибрежные территории водоемов обладают высокой эстетической ценностью ландшафтного комплекса и привлекательны, как места рекреации и отдыха для жителей столицы.

Гидрографическая сеть в пределах границ города включает более 600 мелких и крупных водоемов общей площадью около 1100 га. По состоянию на настоящее время 73% водоемов находятся в неудовлетворительном состоянии нуждаются в особых условиях, влияющих на организацию и технологию производства работ по их реконструкции.

Особыми условиями могут быть:

1) стесненность из-за близкого расположения к ним различных строений, асфальтированных или мостовых проездов, дорожек; 2) наличие по берегам искусственных посадок деревьев и кустарников, подземных коммуникаций, проездов, дорог и т. д.; 3) расположение в зонах ландшафтного обустройства, в зонах отдыха; 4) отсутствие свободных площадок для размещения отвалов грунта, для стоянок строительной техники и транспортных средств; 5) специфичность донных отложений по химико-биологическому составу и запаху; 6) расположение на густонаселенной городской территории; 7) наличие в многолетних донных отложениях большого количества различных включений (бытового обихода, строительного мусора, погребенной древесины и др.).

С учетом этих условий предъявляются и особые требования к организации и технологии производства работ по очистке водоемов:

Выполнять работы в стесненных условиях и в сжатые сроки;

Создавать минимальные неудобства для населения в период производства работ;

Соблюдать повышенные требования по технике безопасности при производстве работ на густонаселенной территории;

Сохранять окружающую природную и культурную среды;

Соблюдать санитарно-эпидемиологические нормы;

Выбирать места и соблюдать условия складирования и обезвреживания донных отложений;

С учетом условий и расположения водоемов, их размеров, объемов работ, повышенных требований к организации и технологии производства работ нами проведены исследования по следующим механическим способам очистки городских водоемов.

Механический способ - традиционный, основанный на использовании обычных строительных машин, располагающихся по берегам водоемов.

Механический способ, предусматривающий расположение землеройных машин на берегу и на дне осушенного водоема.

Механический способ, основанный на использовании обычных строительных и транспортных машин, располагающихся на временных насыпных подъездных путях.

Механический традиционный способ (рис. 1) основан на использовании строительных и транспортных машин, располагающихся и работающих с берегов водоема (пруд, река). Разработка донных отложений пруда может осуществляться из-под воды, или после сброса воды, после их предварительного осушения.

Рабочие параметры экскаваторов "драглайн" или "обратная лопата" удовлетворять следующему условию

2RР ? В,

Где RР - радиус разработки экскаватора, м;

В - ширина водоема по верху, м.

Рис. 1. Организационно-технологическая схема разработки донных отложений без предварительного осушения водоема.

1 - автосамосвал; 2 - экскаватор-драглайн; 3 - донные отложения; RP - радиус резания; В - ширина водоема

Автосамосвалы экскаватор водоем очистка

В таблице даны ориентировочные рекомендации по комплектованию автосамосвалов с экскаваторами.

При этом способе экскаватор и автосамосвалы перемещаются вдоль берега по периметру водоема от забоя к забою. Разработка грунта может выполняться из-под воды при глубине воды до 1,0 м специальным ковшом, применяемым для очистки мелиоративных каналов. Особые требования к автосамосвалам - наличие герметичности в кузовах во избежание вытекания грунтовой массы по пути следования машин.

Таблица 1. Рекомендуемые автосамосвалы для комплектования с экскаваторами-драглайнами при очистке городских водоемов

Показатель	Вместимость ковша экскаватора, м3
0,25	0,35	0,5	0,65	1,0	1,5
Радиус разработки, Rp, м	10	10,1	10,2	10,2	13,2	22,4
Ширина водоема, В, м	20	20,2	20,4	20,4	26,4	44,8
Грузоподъемность и да-льность возки: G1, т, при L = 0,5 км	4,5	4,5	4,5	4,5	7	10
G1, т, при L= 1,0 км	7	7	7	7	10	10
G1, т, при L = 2,0 км	7	7	7	10	10	10
G1, т, при L = 3,0 км	7	7	10	10	12	18
G1, т, при L = 4,0 км	10	10	10	10	12	18
G1, т, при L = 5,0 км	10	10	10	12	12	18

В случае отсутствия воды, разработка донных отложений может выполняться стандартным ковшом (рис. 2).

Автосамосвал экскаватор водоем очистка

Рис. 2. Организационно-технологическая схема разработки донных отложений после их предварительного осушения:

1 - автосамосвал; 2 - экскаватор-драглайн; 3 - донные отложения; RP - радиус резания; В - ширина водоема

Требования к герметичности кузова автосамосвалов менее жесткие, так как донные отложения в этом случае находятся не в текучем состоянии и менее водонасыщенные

Для подсушивания донных отложений и улучшения работы в забое необходимо организовать сброс воды из пруда. С этой целью в начале работ до удаления донных отложений, необходимо разработать в нижней части пруда приямок, установить возле него насос и откачать воду через ближайший колодец в ливнесток или имеющийся вблизи водоприемник (рис. 3).

Начиная от приямка, вдоль берега по дну пруда экскаватор должен разработать опережающую водосборосную канаву с уклоном в сторону приямка и только после этого начинать разрабатывать донные отложения на участке дна, примыкающего к канаве.

Рис. 3. Схема предварительного осушения донных отложений пруда: 1 - насосный агрегат; 2 - водосборный приямок; 3 - водосборная канава;

4 - разрабатываемая часть донных отложений на дне пруда; 5 - осушаемая часть донных отложений; 6 - урез донных отложений

Механический способ (рис. 4) основан на использовании комплекта обычных строительных машин, располагающихся по берегам и по предварительно осушенному дну водоема, заключается в следующем.

Как и в первом способе, экскаватор и автосамосвалы находятся на берегу водоема. Число мест стоянок машин на берегу может быть ограничено. В этом случае к забою (местам стоянок) экскаватора грунт по дну водоема перемещается с помощью бульдозера с уширенными гусеницами (болотный тип). Осушение донных отложений осуществляется, как и в первом способе (рис. 4).

организационно-технологическая схема разработки донных отложений после их предварительного осушения с использованием комплекта машин

Рис. 4. Организационно-технологическая схема разработки донных отложений после их предварительного осушения с использованием комплекта машин: 1 - автосамосвал;

2 - экскаватор; 3 - донные отложения; 4 - бульдозер; RВ - радиус выгрузки; RP - радиус резания

Бульдозер поперечными ходами перемещает донные отложения к забою экскаватора. Экскаватор с рабочим оборудованием "драглайн" или "обратная лопата" с обычным стандартным ковшом разрабатывает в забое этот грунт с погрузкой в автосамосвалы.

Основное условие для выбора экскаватора - радиус резания должен быть не менее расстояния от оси экскаватора до внешнего откоса временного отвала грунта в забое. Разработку донных отложений можно вести с одного или с двух берегов.

Максимальная дальность перемещения грунта бульдозером в этих условиях не должна превышать 50 м. Следовательно, этот способ производства работ может применяться при ширине водоема по дну до 100 м при двухсторонней разработке и до 50 м при односторонней разработке донных отложений.

Механический способ (рис. 5) основанный на использовании строительных машин, располагающихся на временных насыпных подъездных путях, применим как в теплое время года, так и в зимний период.

Рис. 5. Организационно-технологическая схема разработки донных отложений с временных насыпных дорог: 1 - временная насыпная дорога; 2 - донные отложения; 3 - водосборная канава

Сущность способа в том, что после сброса воды из водоема через ливнестоки или в ближайший водоприемник, поперек водоема параллельно друг другу пионерным способом отсыпаются временные дороги из песчаных или гравийно-песчаных грунтов.

Расстояние между дорогами и берегом назначается, исходя из величины радиуса разработки используемого экскаватора. Экскаватор для разработки донных отложений должен иметь в качестве рабочего органа драглайн или обратную лопату. Расстояние между дорогами не должно превышать двух радиусов резания экскаватора.

Предпочтение следует отдавать драглайну, так как у равных по мощности и вместимости ковшей экскаваторов, у драглайна больше радиус резания и, следовательно, потребуется отсыпать меньшее количество дорог, что уменьшит стоимость их устройства.

При этом способе очистки водоема экскаватор располагается на насыпной дороге и ведет разработку донных отложений в полукруглом забое слева, спереди и справа от дороги, постепенно отступая от забоя.

Автосамосвалы задним ходом по насыпной дороге подъезжают под погрузку.

Отступая от забоя, экскаватор постепенно разрабатывает песчаный или песчано-гравийный грунт в насыпи дороги и отсыпает его на дно отработанного забоя или, если это не предусмотрено проектом, в автосамосвалы для последующего использования.

Процесс подбора и комплектования машин сложен и неоднозначен и не может быть выполнен сразу без уточнения и оценки возможных вариантов.

Общая блок-схема решения задач по комплексной механизации работ по очистке городских водоемов нами предложена на рис. 6. По блок-схеме можно проследить моменты, когда требуется проводить анализ и оценку принимаемых решений. При неудовлетворительных показателях, что на схеме показано знаком ( - ), необходимо рассматривать новые варианты до тех пор, пока не будет найдено удовлетворительное для данного этапа решение. После этого можно переходить к решению следующей задачи в направлении стрелки со знаком ( + ).

Выбирая ведущие машины в комплектах, следует увязывать рабочие параметры и габариты машин с размерами водоемов и площадей стоянок, а их производительность - с требуемой интенсивностью работ.

При выборе комплектующих машин следует руководствоваться следующим:

Число типов и марок в комплекте должно быть минимальным;

По возможности использовать такие, которыми можно выполнить несколько не ведущих операций (наиболее универсальными на земляных работах являются бульдозеры);

Машины не должны работать на предельных рабочих параметрах, так как это приводит к снижению их производительности и быстрому износу;

Производительность машин должна быть достаточной для обеспечения полной загрузки ведущих машин.

Рис. 6. Блок-схема решения задач по комплексной механизации очистки городских водоемов

графики потребности в основных строительных машинах в зависимости от интенсивности выполнения работ

Рис. 7. Графики потребности в основных строительных машинах в зависимости от интенсивности выполнения работ

Потребность в ведущих машинах N можно определить, как отношение проектной интенсивности работ J к производительности машины П

N = J/П. (1)

Потребность в комплектующих машинах на одну ведущую машину, при полной загрузке всех машин, можно определить из условия обеспечения равенства

М1/n1 = М2/n2 = М3/n3 = ..., МN/nN, (2)

Где М1, М2, М3, ..., МN - машиноемкость каждой машины, входящей в состав комплекта; n1, n2, n3, ..., nN - число соответствующих машин в составе комплекта, при котором все они полностью загружены работой.

Для определения необходимого числа машин каждого типа необходимо принять за единицу ту машину, машиноемкость которой наименьшая. Например, если в равенстве (2) максимальной машиноемкостью будет МN, тогда необходимое число всех других машин можно определить по формулам:

N1 = nN - ; n2 = nN - ; n3 = nN - . (3)

После расчета дробные числа необходимо "округлить" до целого числа машин.

Выбор машин и их комплектование следует проводить на основе оптимизации решений с использованием экономико-математических методов и компьютерной техники.

При ориентировочном выборе основных строительных машин для очистки городских водоемов, предлагается пользоваться графиками (рис. 7) и рекомендациями таблицы.

После этого более определенно можно решать вопрос о применении тех или иных машин с учетом рационального размещения их на объекте и полноты использования.

Сравнение возможных вариантов производства работ по каждому способу в первом приближении можно выполнить по прямым или приведенным затратам. При близких или одинаковых себестоимостях работ, предпочтение следует отдавать менее трудоемкому варианту.

Вывод. Предлагаемые нами рекомендации позволяют обоснованно выбирать способ и машины для комплексной механизации работ при очистке городских водоемов, уменьшить трудоемкость и стоимость работ.

Исследование механических способов очистки городских водоемов

Похожие статьи