Земляные работы зимой. Возведение земляного полотна в зимний период. Ттр - время перевозки грунта одним автомобилем-самосвалом, мин

При замерзании фунта его механическая прочность значитель-но возрастает и как следствие — затраты времени на его разработ-ку резко возрастают. В то же время временные выемки в мерзлом фунте можно возводить без откосов, что снижает затраты на его разработку. Разработка мерзлого грунта одноковшовыми экскава-торами (прямая и обратная лопата) без предварительного рыхления допускается при толщине мерзлого слоя до 0,25 м ковшом ем-костью 0,5—0,65 м; 0,4 м — ковшом емкостью 1 — 1,25 м 3 .

Подлежащий разработке фунт при промерзании его на боль-шую глубину должен быть предварительно подготовлен одним из следующих способов: предохранение грунта от промерзания; от-таивание мерзлого грунта; рыхление мерзлого грунта.

Способ подготовки должен выбираться и обосновываться в проекте в зависимости от объемов и условий работ, сроков их вы-полнения и наличия оборудования. Предохранение фунта от про-мерзания следует осуществлять:

• предварительным рыхлением до промерзания грунта (вспахи-ванием, боронованием, перелопачиванием экскаватором);
• покрытием поверхности фунта теплоизоляционными материа-лами с удержанием снежного покрова.

Предохранять грунт от промерзания необходимо до наступле-ния устойчивых отрицательных температур. При планировании разработки грунта в первой трети зимнего периода следует преду-сматривать вспахивание фунта с последующим боронованием и удержание снежного покрова, а в остальное зимнее время — глу-бокое рыхление (перелопачивание) или утепление грунта тепло-изолирующими материалами.

Утепление грунта осуществляют соломой, опилками, сухим торфом или шлаком, а также синтетическими покрытиями на пло-щади в контуре траншей котлована или выемки с уширен и ем с каждой стороны на глубину промерзания. Толщина слоя утепли-теля определяется расчетом.

Способы оттаивания мерзлых грунтов основаны на том, что за счет теплоты, передаваемой в слой мерзлого грунта, лед в его по-рах растапливается и грунт делается талым.

Способы оттаивания мерзлого грунта классифицируют по на-правлению распространения теплоты и применяемому виду теп-лоносителя. По первому признаку выделяют три способа оттаи-вания фунта: сверху вниз (поверхностный); снизу вверх (глубин-ный); по радиальному направлению. По виду теплоносителя различают следующие основные способы оттаивания мерзлых фунтов: огневой, в тепляках горизонтальными и вертикальными электродами с подключением к источникам электроэнергии (элек- тропрофев); с помощью пара или водяных регистров, водяными циркуляционными иглами; солевыми растворами; предваритель-но нагретым песком или шлаком.

Подготовку к разработке мерзлых фунтов с помощью оттаива-ния следует применять в стесненных условиях, фуднедоступных местах и при незначительных объемах работ (до 50 м 3), а также при невозможности использования других, более экономичных способов. При глубине промерзания фунта более 0,4 м его оттаи-вание лучше производить радиальным (глубинным) методом, ус-танавливая нафеватели в толщине мерзлого фунта. Профев фун-та производят с помощью нагревательных приборов в виде игл, устанавливаемых в пробуренных в мерзлом слое скважинах. Иглы могут быть электрические, водяные циркуляционные и паровые. Электрические иглы делают из фуб длиной 1,5 м, внутри которых размещают электрические нафевательные элементы сопротивле-ния из нихромовой проволоки. Устанавливают иглы в пробурен-ные скважины.

Водяные иглы требуют устройства специальной котельной, а теплопроводы — постоянного надзора, так как в сильные моро-зы возможно их замерзание. Водяные и паровые иглы неэкономичны и используются очень редко. При меньшей глубине про-мерзания допускается применять способ поверхностного оттаива-ния.

Иглы для оттаивания грунта

а — водяная циркуляция; б — электрическая; 1 — фланец; 2 — внутренняя трубка;
3 — труба; 4 — наконечник; 5 — нихромовая спираль: 6 — асбестовый порошок

Работа землеройных машин с подготовленным к разработке грунтом должна производиться непрерывно и круглосуточно уз-ким фронтом во избежание промерзания грунта во время пере-рывов.

Для предотвращения промерзания грунта в отрытых траншеях и вторичного смерзания разрыхленного грунта необходимо: не раскрывать площади грунта, покрытые теплоизоляционными ма-териалами или снегом, до начала производства работ; защищать от промерзания грунт открытых частей котлованов, траншей, под-лежащих разработке при последующих проходках.

Обратную засыпку котлованов и траншей следует производить, выполняя следующие требования: количество мерзлых комьев в грунте, которым засыпаются пазухи между стенками котлованов или траншей, не должно превышать 15% общего объема засыпки. Траншеи, разработанные в зимнее время, следует засыпать немед-ленно после укладки и испытания труб, не допуская повреждения их изоляции.

В строительстве из общего объема земляных работ от 20 до 25% выполняется в зимних условиях, при этом доля грунта, разрабатываемого в мерзлом состоянии, остается постоянной - 10-15% с возрастанием из года в год абсолютного значения этого объема. Следовательно, оптимизация технологии земляных работ в зимних условиях является существенным резервом повышения эффективности строительного производства.

В практике строительства возникает необходимость разрабатывать грунты, находящиеся в мерзлом состоянии только в зимний период года, т.е. грунты сезонного промерзания, или в течение всего года, т.е. вечномерзлые грунты.

Разработка вечномерзлых грунтов может производиться теми же способами, что и мерзлых грунтов сезонного промерзания. Однако при возведении земляных сооружений в условиях вечной мерзлоты необходимо учитывать специфические особенности геотермического режима вечномерзлых грунтов и изменение свойств грунтов при его нарушении.

При отрицательных температурах замерзание воды, содержащейся в порах грунта, существенно изменяет строительно-технологические свойства нескальных грунтов. В мерзлых грунтах значительно увеличивается механическая прочность, в связи с чем разработка их землеройными машинами затрудняется или вообще невозможна без подготовки.

Глубина промерзания зависит от температуры воздуха, длительности воздействия отрицательных температур, рода грунта и др.

В технологическом проектировании для предварительных расчетов глубина промерзания принимается по данным ближайшей метеорологической станции или

справочника по климату. В зимних условиях земляные работы могут производиться: с предварительной подготовкой мерзлого грунта для разработки; с непосредственной разработкой мерзлых грунтов в естественном состоянии специально оборудованными для этой цели машинами.

Предварительная подготовка грунта для разработки выполняется одним из следующих способов: предохранением грунта от промерзания, рыхлением мерзлого грунта, оттаиванием мерзлого грунта. Непосредственная разработка мерзлых грунтов может осуществляться блочным способом или землеройными машинами с рабочим оборудованием, разрушающим мерзлый грунт в естественном залегании. Разрабатывать мерзлый грунт одноковшовыми экскаваторами в зависимости от емкости ковша допускается при толщине мерзлого слоя от 0,25 до 0,4 м.

Уменьшение глубины промерзания позволяет сократить дополнительные затраты, связанные с производством земляных работ в зимнее время, и достигается созданием теплоизоляции на участке разработки или химическим методом-пропиткой грунта солевыми растворами, понижающими температуру замерзания воды в порах грунта. Грунт защищают от промерзания, если заблаговременно известно месторасположение выемки.

Рыхление взрывами - один из основных способов подготовки мерзлых грунтов для разработки экскаваторами. Этот способ весьма эффективен при глубине промерзания более 1 м и больших объемах работ, выполняемых на вновь осваиваемых территориях или вдали от зданий и сооружений.

Сущность взрывного способа рыхления состоит в дроблении мерзлого грунта энергией взрыва зарядов, размещаемых в полостях, предварительно созданных в грунте (шпуры, скважины, рукава, котлы, щели).

Заряд ВВ для рыхления мерзлого грунта может быть определен расчетом (см. формулы 1 и 2).

Механическое рыхление мерзлого грунта применяют при глубине промерзания от 0,4 до 1,5 м и небольших по площади выемках траншей или котлованов.

Сущность механического рыхления состоит в дроблении или сколе мерзлого слоя динамическим или статическим воздействием, которое осуществляют сменным рабочим оборудованием, устанавливаемым на базовой машине (экскаваторе, тракторе и др.). Динамическое воздействие производят ударным, вибрационным и виброударным способами.

При ударном способе используют шар-молот или клин-молот, дизель-молот, клиновые тракторные рыхлители и др.

Статическим воздействием разрушение мерзлого грунта осуществляется непрерывно рабочим органом, состоящим из одного или нескольких (до 5) зубьев, внедряемых в грунт при движении трактора (тягача).

При рыхлении статическим воздействием стоимость и затраты труда на 1 мразработанного грунта ниже, чем при ударном.

Оттаивание мерзлых грунтов применяют при незначительных объемах работ, в стесненных условиях, труднодоступных местах и в тех случаях, когда невозможно использовать более экономичные и менее энергоемкие способы. Сущность метода оттаивания заключается в том, что теплота, передаваемая в слой мерзлого грунта, растапливает лед в его порах и обращает грунт в талое состояние.

Способы оттаивания классифицируют: по виду энергии - на тепловую, электрическую, энергию химических реакций; по виду теплоносителя - на воздух, пар, воду; по направлению распространения теплоты в грунте.

Огневой способ наименее экономичен, но благодаря простоте находит применение при аварийно-ремонтных работах.

Химическое оттаивание мерзлых грунтов производится путем введения в грунт раствора хлористого натрия под действием которого растворяются кристаллы льда в порах мерзлого грунта, и его можно разрабатывать обычными землеройными машинами.

Блочный метод разработки предусматривает разработку мерзлого грунта, монолитность которого нарушена посредством разрезки его на блоки (полосы). Специализированными машинами или навесным оборудованием нарезают щели шириной от 5 до 15 см параллельными и пересекающимися проходками, а отдельные блоки затем удаляют экскаватором, бульдозером или краном.

Выполнение земляных работ с предварительной подготовкой мерзлого грунта к разработке вызывает значительные усложнения работ и дополнительные затраты. В связи с этим ведется интенсивный поиск методов разработки и средств механизации, позволяющих разрабатывать мерзлый грунт в естественном залегании.

Для разработки мерзлого грунта без предварительной подготовки используют землеройно-фрезерные машины, многоковшовые и одноковшовые экскаваторы со специальным рабочим оборудованием, обеспечивающим разрушение мерзлого грунта в процессе его экскавации (рис.1).

Рис.1. Технические средства для разработки мерзлых грунтов без предварительной подготовки:

а - землеройная машина: 1 - трактор; 2 - система передачи и управления рабочим органом; 3 - рабочий орган машины (фреза); б - ковш экскаватора с активными зубьями: 4 - ковш; 5 - зуб ковша; 6 - ударник; 7 - вибратор

Производство земляных работ в зимних условиях связано с дополнительными затратами материально-технических и энергетических ресурсов, повышением стоимости и трудоемкости работ, поэтому необходима тщательная разработка этого раздела в проекте производства работ (ППР).

При технологическом проектировании должны быть определены последовательность и объем различного вида операций по подготовке и разработке грунта на основе комплексной механизации всего процесса, обеспечивающие минимальные сроки выполнения работ, трудоемкость и затраты ресурсов. При разработке грунта в зимних условиях могут быть применены различные технологические схемы и комплекты машин. Рациональные схемы и комплекты выбирают для конкретного объекта и времени производства работ и выполняют на основе всестороннего анализа технико-экономических показателей.

Технологические схемы разработки грунта при различном сочетании машин в комплекте зависят от вида земляного сооружения, рода грунта, глубины промерзания, наличия материально-технических ресурсов и др. Отдельные технологические схемы из наиболее часто встречающихся в практике строительства в зимних условиях представлены на рис.2-4.

Рис.2 Схемы разработки мерзлых грунтов с предварительным рыхлением:

а - рыхление клин-молотом; б - тракторным виброклиновым рыхлителем; 1 - автосамосвал; 2 - экскаватор; 3 - клин-молот; 4 - виброклин

Рис.3. Схемы разработки мерзлых грунтов блочным способом:

а, б - мелкоблочным способом; в, г - крупноблочным; 1 - удаление снежного покрова; 2, 3 - нарезка блоков мерзлого грунта баровой машиной; 4 - разработка мелких блоков экскаватором или бульдозером; 5 - разработка талого грунта; 6 - разработка крупных блоков мерзлого грунта трактором; 7 - то же, краном

Рис.4. Схемы разработки с химическим оттаиванием грунта:

а - с использованием жидкого химического реагента: 1 - удаление снежного покрова; 2 - бурение шпуров; 3 - разлив раствора химического реагента; 4 - разработка грунта; б - с предварительным "засолением" грунта: 5 - снятие растительного слоя; 6 - рассыпание соли; 7 - боронование грунта; 8 - разработка грунта

Эффективность разработки мерзлых грунтов зависит от выбора способа разработки, который, в свою очередь, зависит от объема работ, параметров земляного сооружения, рода грунта, местных метеорологических и гидрогеологических условий, наличия материально-технических и энергетических ресурсов и др.

Решение об использовании того или иного способа принимают на основе сравнения ряда технически целесообразных вариантов разработки грунта и анализа их технико-экономических показателей. В зависимости от конкретных условий строительства оптимизация решения указанной задачи может выполняться по минимуму одного или сочетания нескольких параметров: стоимости, энергозатрат, сроков производства работ и т.д.

Непосредственная разработка мерзлого грунта

Метод оттаивания грунта с разработкой его в талом состоянии

Производство земляных работ в зимних условиях

Лекция 3.

Список использованных источников

1.СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты

2.СНиП 3.01.01-85 (с изм. 1 1987, 2 1995) Организация строительного производства

Производство работ в зимних условиях.

Значительная часть территории России расположена в зонах с про­должительной и суровой зимой. Однако строительство осуществляется круглогодично, в этой связи около 15% общего объема земляных ра­бот приходится выполнять в зимних условиях и при мерзлом состоя­нии грунта. Особенность разработки грунта в "мерзлом состоянии за­ключается в том, что при замерзании грунта механическая прочность его возрастает, а разработка затрудняется. Зимой значительно возрас­тает трудоемкость разработки грунта (ручных работ в 4...7 раз, механизированных в 3...5 раз), ограничивается применение некоторых ме­ханизмов - экскаваторов, бульдозеров, скреперов, грейдеров, в то же время выемки зимой можно выполнять без откосов. Вода, с которой много неприятностей в теплое время года, в замерзшем состоянии ста­новится союзником строителей. Иногда отпадает необходимость в шпунтовых ограждениях, практически всегда в водоотливе. В зави­симости от конкретных местных условий используют следующие ме­тоды разработки грунта:

■ предохранение грунта от промерзания с последующей разработ­кой обычными методами;

■ оттаивание грунта с разработкой его в талом состоянии;

■ разработка грунта в мерзлом состоянии с предварительным рых­лением;

■ непосредственная разработка мерзлого грунта.

2. Предохранение грунта от промерзания

Этот метод основан на искусственном создании на поверхности участка, намеченного к разработке в зимнее время, термоизоляционно­го покрова с разработкой грунта в талом состоянии. Предохранение проводится до наступления устойчивых отрицательных температур, с заблаговременным отводом с утепляемого участка поверхностных вод. Применяют следующие способы устройства термоизоляционного покрытия: предварительное рыхление грунта, вспахивание и боронова­ние грунта, перекрестное рыхление, укрытие поверхности грунта утеп­лителями и др.

Предварительное рыхление грунта , а также вспахивание и бороно­вание осуществляется накануне наступления зимнего периода на уча­стке, предназначенном для разработки в зимних условиях. При рых­лении поверхности грунта верхний слой приобретает рыхлую структуру с заполненными воздухом замкнутыми пустотами, обладающи­ми достаточными теплоизоляционными свойствами. Вспашку произ­водят тракторными плугами или рыхлителями на глубину 30...35 см с последующим боронованием на глубину 15...20 см. Такая обработка в сочетании с естетвенно образующимся снеговым покровом отдаля­ют начало промерзания грунта на 1,5 мес, а на последующий период уменьшают общую глубину промерзания примерно на 113. Снеговой покров может быть увеличен перемещением снега на участок бульдо­зерами или автогрейдерами или установкой перпендикулярно направ­лению господствующих ветров нескольких рядов снегозащитных за­боров из решетчатых щитов размером 2х2 м на расстоянии 20...30 м ряд от ряда.

Глубинное рыхление производят экскаваторами на глубину 1,3... 1,5 м пу­тем перекидки разрабатываемого грунта на участке, где в последую­щем будет располагаться земляное сооружение.

Перекрестное рыхление поверхности на глубину 30...40 см, второй слой которого располагается под углом 60...90°, а каждая последую­щая проходка выполняется с нахлесткой на 20 см. Такая обработка, включая снежный покров, отодвигает начало замерзания грунта на 2,5...3,5 мес, резко снижается общая глубина промерзания.

Предварительная обработка поверхности грунта механическим рыхлением особенно эффективна при утеплении этих участков земли.

Укрытие поверхности грунта утеплителями . Для этого использу­ют дешевые местные материалы - древесные листья, сухой мох, тор­фяная мелочь, соломенные маты, стружки, опилки, снег. Наиболее простой способ - укладка этих утеплителей толщиной слоя 20...40 см непосредственно по грунту. Такое поверхностное утепление применя­ют в основном для небольших по площади выемок.

Укрытие с воздушной прослойкой . Более эффективным является использование местных материалов в сочетании с воздушной прослой­кой. Для этого на поверхности грунта раскладывают лежни толщиной 8.-..10 см, на них горбыли или другой подручный материал - ветки, прутья, камыши; по ним сверху насыпают слой опилок или древесных стружек толщиной 15...20 см с предохранением их от сдувания ветром. Такое укрытие чрезвычайно эффективно в условиях срединной России, оно фактически предохраняет грунт от промерзания в течение всей зимы. Целесообразно площадь укрытия (утепления) увеличивать с ка­ждой стороны на 2...3 м, что предохранит грунт от промерзания не только сверху, но и сбоку.

С началом разработки грунта вести его надо быстрыми темпами, сразу на всю необходимую глубину и небольшими участками. Утепляющий слой при этом нужно снимать только на разрабатываемой площади, в противном случае при сильных морозах будет быстро об­разовываться мерзлая корка грунта, затрудняющая производство работ.

3. Метод оттаивания грунта с разработкой его в талом состоянии

Оттаивание происходит за счет теплового воздействия и характе­ризуется значительной трудоемкостью и, энергетическими затратами. Применяется в редких случаях, когда другие методы недопустимы или неприемлемы - вблизи действующих коммуникаций и кабелей, в стес­ненных условиях, при аварийных и ремонтных работах.

Способы оттаивания классифицируются по направлениюраспро­странения теплоты в грунте и по применяемому теплоносителю(сжигание топлива, пар, горячая вода, электричество). По направлению оттаивания все способы делятся на три группы.

Оттаивание грунта сверху вниз . Теплота распространяется в вер­тикальном направлении от дневной поверхности вглубь грунта. Спо­соб наиболее прост, практически не требует подготовительных работ, наиболее часто применим на практике, хотя с точки зрения экономно­го расхода энергии наиболее несовершенен, так как источник теплоты размещается в зоне холодного воздуха, поэтому неизбежны значитель­ные потери энергии в окружающее пространство.

Оттаивание грунта снизу вверх. Теплота распространяется от нижней границы мерзлого грунта к дневной поверхности. Способ наи­более экономичный, так как оттаивание происходит под защитой мерз­лой корки грунта и теплопотери в пространство практически исключены. Потребная тепловая энергия может быть частично сэкономлена за счет оставления верхней корки грунта в промерзшем состоянии. Она имеет наиболее низкую температуру, поэтому требует больших затрат энергии на оттаивание. Но этот тонкий слой грунта в 10... 15 см будет беспрепятственно разработан экскаватором, для этого вполне хватит мощности машины. Главный недостаток этого способа в необходимо­сти выполнения трудоемких подготовительных операций, что ограни­чивает область его применения.

Радиальное оттаивание грунта занимает промежуточное положение между двумя предыдущими способами по расходу тепловой энергии. Теплота распространяется в грунте радиально от вертикаль­но установленных прогревных элементов, но для того, чтобы их уста­новить и подключить к работе требуются значительные подготовительные работы. Для выполнения оттаивания грунта по любому из этих трех спосо­бов необходимо участок предварительно очистить от снега, чтобы не тратить тепловую энергию на его оттаивание и недопустимо переув­лажнять грунт.

В зависимости от применяемого теплоносителя существует не­сколько методов оттаивания.

Оттаивание непосредственным сжиганием топлива . Если в зимнее время необходимо выкопать 1...2 ямы, самое простое реше­ние - обойтись простым костром. Поддерживание костра в течение смены приведет к оттаиванию грунта под ним на 30...40 см. Погасив костер и хорошо утеплив место прогрева опилками, оттаивание грунта внутрь будет продолжаться за счет аккумулированной энергии и за смену может достигнуть общей глубины до 1 м. При необходимости можно снова расжечь костер или разработать талый грунт и на дне ямы развести костер. Применяют способ крайне редко, так как только незначительная часть тепловой энергии расходуется продуктивно.

Огневой способ применим для отрывки небольших траншей, ис­пользуется звеньевая конструкция (рис. 3.1) из ряда металлических коробов усеченного типа, из которых легко собирается галерея необ­ходимой длины, в первом из них устраивают камеру сгорания твер­дого или жидкого топлива (костер из дров, жидкое и газообразное то­пливо с сжиганием через форсунку). Тепловая энергия перемещается к вытяжной трубе последнего короба, создающей необходимую тягу, благодаря которой горячие газы проходят вдоль всей галереи и грунт под коробами прогревается по всей длине. Сверху короба желательно утеплить, часто утеплителем используют талый грунт. После смены агрегат убирают, полосу оттаявшего грунта засыпают опилками, дальнейшее оттаивание продолжается за счет аккумулированного в грунте тепла.

Электропрогрев . Сущность данного метода состоит в пропускании электрического тока через грунт, в результате чего он приобретает по­ложительную температуру. Используют горизонтальные и вертикаль­ные электроды в виде стержней или полосовой стали. Для первона­чального движения электрического тока между стержнями необходимо создать токопроводящую среду. Такой средой может быть талый грунт, если электроды

рода к другому. Под воздействием теплоты происходит оттаивание нижележащих слоев грунта. В последующем распростране­ние тепловой энергии осуществляется в основном в

толще грунта, опилочный слой только защищает обогреваемый участок от потерь тепло­ты в атмосферу, для чего слой опилок целесообразно накрыть рулон­ными материалами или щитами. Этот способ достаточно эффективен при глубине промерзания или оттаивания грунта до 0,7 м. Расход элек­троэнергии на отогрев 1 м 3 грунта колеблется в пределах 150...300 кВт.ч, температура нагретых опилок не превышает 80...90°С.

Оттаивание грунта полосовыми электродами, укладываемы­ми на поверхность грунта, очищенной от снега и мусора, по возмож­ности выровненной. Концы полосового железа отгибают кверху на 15...20 см для подключения к электропроводам. Поверхность отогре­ваемого участка покрывают слоем опилок толщиной 15...20 см, смо­ченных раствором хлористого натрия или кальция консистенции 0,2...0,5%. Так как грунт в промороженном состоянии не является про­водником, то на первой стадии ток движется по смоченным раствором опилкам. Далее отогревается верхний слой грунта и оттаявшая вода начинает проводить электрический ток, процесс со временем идет вглубь грунта, опилки начинают выполнять роль теплозащиты отогре­ваемого участка от теплопотерь в атмосферу. Опилки сверху обычно покрывают толем, пергамином, щитами, другими защитными материа­лами. Способ применим при глубине отогрева до 0,6...0,7 м, так как при больших глубинах напряжение падает, грунты менее интенсивно включаются в работу, значительно медленнее нагреваются. К тому же они достаточно пропитаны с осени водой, которая требует больше энергии для перехода в талое состояние. Расход энергии колеблется в пределах 50...85 кВт.ч на 1 м 3 грунта.

Оттаивание грунта стержневыми электродами (рис. 3.2). Данный метод осуществляют сверху вниз, снизу вверх и комбиниро­ванным способами. При оттаивании грунта вертикальными электрода­ми стержни из арматурного железа с заостренным нижним концом за­биваются в грунт в шахматном порядке, обычно используя рамку 4x4 м с крестообразно натянутыми проволоками; расстояние между элек­тродами оказывается в пределах 0,5...0,8 м.

При прогреве сверху вниз предварительно очищают от снега и на­леди поверхность, стержни забивают в грунт на 20...25 см, укладыва­ют слой опилок, пропитанных раствором солей. По мере прогрева грунта электроды забивают глубже в грунт. Оптимальной.будет глу­бина прогрева в пределах 0,7...1,5 м. Продолжительность оттаивания грунта воздействием электрического тока примерно 1,5...2,0 сут, по­сле этого увеличение глубины оттаивания будет происходить за счет аккумулированной теплоты еще в течение 1...2 сут. Расстояние меж­ду электродами 40...80 см, расход энергии по сравнению с полосовы­ми электродами сокращается на 15...20% и составляет 40...75 кВт ч на 1 м 3 грунта.

При прогреве снизу вверх пробуривают скважины и вставляют элек­троды на глубину, превышающую глубину промерзшего грунта на 15...20 см. Ток между электродами идет по талому грунту ниже уровня промерзания, при нагреве грунт отогревает вышележащие слои, кото­рые также включаются в работу. При этом методе применять слой опилок не требуется. Расход энергии составляет 15...40 кВт ч на 1 м 3 грунта.

Третий, комбинированный способ, будет иметь место при заглубле­нии электродов в подстилающий талый грунт и устройстве на дневной поверхности опилочной засыпки, пропитанной солевым раствором. Электрическая цепь замкнется наверху и внизу, оттаивание грунта бу­дет происходить сверху вниз и снизу вверх одновременно. Так как трудоемкость подготовительных работ при этом способе самая высо­кая, то его применение может быть оправдано лишь в исключитель­ных случаях, когда требуется ускоренное оттаивание грунта.

Оттаивание токами высокой частоты. Этот метод позволяет резко сократить подготовительные работы, так как промерзший грунт сохраняет проводимость к токам высокой частоты, поэтому отпадает надобность в большом заглублении электродов в грунт и в устройстве опилочной засыпки. Расстояние между электродами может быть уве­личено до 1,2 м, т. е. сокращено их количество почти в два раза. Про­цесс оттаивания грунта протекает относительно быстро. Ограниченное использование способа связано с недостаточным выпуском генерато­ров токов высокой частоты.

Одним из методов, которые в настоящее время утратили свою эффективность и вытеснены более современными, является оттаи­вание грунта паровыми или водяными иглами. Для этого необхо­димо наличие источников горячей воды и пара, при малой, до 0,8 м глубине промерзания грунта. Паровые иглы представляют со­бой металлическую трубу длиной до 2 м и диаметром 25...50 мм. На нижнюю часть трубы насажен наконечник с отверстиями диаметром 2...3 мм. Иглы соединяют с паропроводом гибкими резиновыми шлангами при наличии на них кранов. Иглы заглубляют в скважи­ны, предварительно пробуриваемые на глубину, приблизительно равную 70% глубины оттаивания. Скважины закрывают защитными колпаками, снабженные сальниками для пропуска паровой иглы. Пар подают под давлением 0,06...0,07 МПа. После установки акку­мулированных колпаков прогреваемую поверхность покрывают сло­ем термоизоляционного материала, чаще всего опилок. Иглы распо­лагают в шахматном порядке с расстоянием между центрами 1 ...1,5 м. Расход пара на 1 м 3 грунта составляет 50..100 кг. За счет выделения паром в грунте скрытой теплоты парообразования прогрев грунта проходит особенно интенсивно. Этот метод требует расхода тепло­вой энергии примерно в 2 раза больше, чем метод вертикальных электродов.

Оттаивание грунта теплоэлектронагревателями. Данный ме­тод основан на передаче теплоты мерзлому грунту контактным спосо­бом. В качестве основных технических средств применяются электро­маты, изготавливаемые из специального теплопроводящего материала, через который пропускают электрический ток. Прямоугольные маты, размеры которых могут закрывать поверхность от 4...8 м 2 , укладыва­ются на оттаиваемый участок и подсоединяются к источнику электри­чества напряжением 220 В. При этом образующееся тепло эффективно распространяется сверху вниз в толщу мерзлого грунта, что приводит к его оттаиванию. Время, необходимое для оттаивания, зависит от температуры окружающего воздуха и от глубины промерзания грунта и в среднем составляет 15-20 ч.

4. Разработка грунта в мерзлом состоянии с предварительным рыхлением

Рыхление мерзлого грунта с последующей разработкой землерой­ными и землеройно-транспортными машинами осуществляют механи­ческим или взрывным методом.

Механическое рыхление мерзлого грунта с использованием совре­менных строительных машин повышенной мощности приобретает все большее распространение. В соответствии с требованиями экологии, перед зимней разработкой грунта необходимо в осенний период снять бульдозером слой растительного грунта с намеченного для разработки участка. Механическое рыхление базируется на резании, раскалывании или сколе мерзлого грунта статическим (рис.3.3.) или динамическим воздействием.

При динамическом воздействии на грунт осуществляется его раскалывание или сколы молотами свободного падения и направ­ленного действия (рис.3.4.). Этим способом разрыхление грунта производят молотами свободного падения (шар- и клин-молотами), подвешенными на канатах на стрелы экскаваторов, либо молотами направленного действия, когда рыхление осуществляется сколом грунта. Рыхление механическим способом позволяет осуществлять его разработку землеройными и землеройно-транспортными маши­нами. Молоты массой до 5 т сбрасывают с высоты 5...8 м: молот в форме шара рекомендуется применять при рыхлении песчаных и супесчаных грунтов, клин-молоты - для глинистых (при глубине промерзания 0,5...0,7 м). В качестве молота направленного дейст­вия широко применяют дизель-молоты на экскаваторах или тракто­рах; они позволяют разрушать промороженный грунт на глубину до 1,3 м (рис. 3.5.).

Статическое воздействие основано на непрерывном режущем усилии в мерзлом грунте специального рабочего органа - зуба-рыхли­теля, который может быть рабочим оборудованием гидравлического экскаватора «обратная лопата» или быть навесным оборудованием на мощных тракторах.

Рис. 3.3. Рыхление мерзлого грунта статическим воздействием: а - бульдозером с активными зубьями; б - экскаватором-рыхлителем; 1 - направление хода рыхления

Рыхление статическими рыхлителями на базе трактора подразумевает в качестве навесного оборудования специального ножа (зуба), режущее усилие которого создается за счет тягового усилия трактора. Машины этого типа рассчитаны на послойное рыхление грунта на глубину 0,3...0,4 м. Число зубьев зависит от мощности трактора, при минимальной мощности трактора 250 л.с. использу­ется один зуб. Разрыхление грунта осуществляют параллельными послойными проходками через 0,5 м с последующими поперечными проходками под углом 60...90° к предыдущим. Перемещение разрыхленного грунта в отвал осуществляют бульдозерами. Целе­сообразно навесное оборудование крепить непосредственно на бульдозер и использовать его для самостоятельного перемещения разрыхленного грунта. Производительность рыхли­теля 15...20 м 3 /ч.

Способность статических рыхлителей послойно разрабатывать мерзлый грунт дает возможность использовать их независимо от глу­бины промерзания грунта. Современные рыхлители на базе тракторов с бульдозерным оборудованием благодаря своим широким технологи­ческим возможностям находят широкое применение в строительстве. Это обусловлено их высокой экономичностью. Так, стоимость разра­ботки грунта с применением рыхлителей по сравнению с взрывным способом рыхления в 2...3 раза ниже. Глубина рыхления этими маши­нами составляет 700... 1400 мм.

Шпуры просверливают диаметром 22...50 мм, скважины - 900...1100 мм, расстояние между рядами принимается от 1 до 1,5 м. Щели на расстоянии 0,9... 1,2 м одна от другой нарезают щеленарезными машинами фрезерного типа или баровыми машинами. Из трех соседних щелей взрывчатое вещество помещается только в сред­нюю, крайние и промежуточные щели служат для компенсации сдвига мерзлого грунта во время взрыва и для снижения сейсмиче­ского эффекта. Заряжают щели удлиненными или сосредоточенны­ми зарядами, после чего их сверху засыпают талым песком. При ка­чественном выполнении подготовительных работ в процессе взры­вания мерзлый грунт полностью дробится, не повреждая стенок кот­лована или траншеи.

Разрыхленный взрывами грунт разрабатывается экскаваторами или землеройно-транспортными машинами.

5. Непосредственная разработка мерзлого грунта

Разработка (без предварительного рыхления) может осуществляет­ся двумя методами - блочным и механическим.

Блочный метод разработки применим для больших площадей и основан на том, что монолитность мерзлого грунта нарушается за счет разрезки его на блоки. С помощью навесного оборудования на тракторе - баровой машины грунт разрезают при взаимно-перпендику­лярных проходках на блоки шириной 0,6... 1,0 м (рис.3.6.). При малой глубине промерзания (до 0,6 м) достаточно сделать только продольные разрезы.

Баровые машины, осуществляющие нарезку щелей, имеют одну, две или три врубовые цепи, навешенные на тракторы или траншейные экскаваторы. Баровые машины позволяют прорезать в мерзлом грунте щели глубиной 1,2...2,5 м. Используют стальные зубья с режущей кромкой из прочного сплава, что продлевает срок их службы, а при
износе или истирании позволяет быстро их заменить. Расстояние между барами принимается в зависимости от грунта через 60... 100 см. Раз­работку производят экскаваторами «обратная лопата» с ковшом боль­шой вместимости или глыбы грунта волоком перемещают с разрабаты­ваемой площадки в отвал бульдозерами или тракторами.

Механический метод основан на силовом, а чаще в сочетании с ударным или вибрационном воздействии на массив мерзлого грунта. Реализуется метод применением обычных землеройных и землеройно-транспортных машин и машин со специально разработанными для зимних условий рабочими органами (рис.3.7.).

Рис. 3.6. Схема блочной разработки грунта:

а- нарезка щелей баровой машиной; б - то же, с извлечением блоков трактором; в - разработка котлована с извлечением блоков мерзлого грунта при помощи крана; 1 - слой мерзлого грунта; 2 - режущие цепи (бары); 3 - экскаватор; 4 - щели в мерзлом грунте; 5 - нарезанные блоки грун­та; б - перемещаемые с площадки блоки; 7 - стоянки крана; 8 - транспортное средство; 9 - кле­щевой захват; 10 - строительный кран; 11 - трактор

Обычные серийные машины применяют в начальный период зимы, когда глубина промерзания грунта незначительна. Прямая и обратная лопата могут разрабатывать грунт при глубине промерзания 0,25...0,3 м; с ковшом вместимостью более 0,65 м 3 -0,4 м; экскаватор драглайн - до 0,15 м; бульдозеры и скреперы в состоянии разрабатывать промерзший грунт на глубину до 15 см.

Для зимних условий разработано специальное оборудование для одноковшовых экскаваторов - ковши с виброударными активными зубьями и ковши с захватно-клещевым устройством. Затраты энер­гии на резание грунта примерно в 10 раз больше, чем на скалыва­ние. Вмонтирование в режущий край ковша экскаватора виброударных механизмов, аналогичных по работе отбойному молотку, при­носят хорошие результаты. За счет избыточного режущего усилия такие одноковшовые экскаваторы могут послойно разрабатывать массив мерзлого грунта. Процесс рыхления и экскавации грунта оказывается единым.

Разработку грунта осуществляют и многоковшовыми экскаватора­ми, специально разработанными для проходки траншей в мерзлом грунте. Для этой цели служит специальный режущий инструмент в виде клыков, зубьев или коронок со вставками из твердого металла, укрепляемых на ковшах. На рис. 5.40 показан рабочий орган многоков­шового экскаватора с активными зубьями для разработки скальных и мерзлых грунтов.

Послойную разработку грунта можно осуществлять специализиро­ванной землеройно-фрезерной машиной, снимающей стружку глуби­ной до 0,3 м и шириной 2,6 м. Перемещение разработанного мерзлого грунта производят бульдозерным оборудованием, входящим в ком­плект машины.

6. Контроль качества земляных работ

Процессы возведения земляных сооружений систематически кон­тролируют, проверяя:

■ положение выемок и насыпей в пространстве (в плане и высот­ное);

■ геометрические размеры земляных сооружений;

■ свойства грунтов, залегающих в основании сооружений;

■ свойства грунтов, используемых для устройства насыпных со­оружений;

■ качество укладки грунта в насыпи и обратные засыпки (характеристики уложенных и уплотненных грунтов).

Постоянный контроль за качеством производства работ осуществ­ляют инженерно-технические работники, операционный контроль про­изводят с привлечением представителей геодезической службы и строительной лаборатории.

При контроле положения в пространстве и размеров сооруже­ний проверяют: расположение на плане земляных сооружений и их размеры; отметки бровок и дна выемок; отметки верха насыпей с учетом запаса на осадку; отметки спланированных поверхностей, уклоны откосов выемок и насыпей. Данный контроль осуществля­ют с помощью геодезических приборов, а также простейших инструкций.

Мерзлые грунты по твердости приравниваются к скальным . Если есть возможность, то следует заранее подготовить в предзимнее время места, намечаемые к разрытию в зимний период.

Для этого грунты вспахива­ют или перелопачивают и утепляют. Однако в городах и населенных пунктах такая подготовка грунтов к раз­рытию крайне ограничена, поэтому мерзлые грунты при­ходится перед их разработкой предварительно разрых­лять или отогревать (оттаивать).

При промерзании грунтов на глубину 0,25-0,4 м их можно разрабатывать экскаватором без предваритель­ного рыхления или отогрева . Если грунт промерз на большую глубину, его следует рыхлить одним из следу­ющих способов:

механизированным - клином дизель-молота, навеши­ваемым на экскаватор, трактор или тракторный погруз­чик, тракторами, оборудованными барами с резцами, землеройно-фрезерными машинами, а также отбойными молотками, работающими от компрессора, или электромолотками;

вручную - ломами, кувалдами с использованием клиньев;

взрывным , если есть возможность.

Механизированный способ рыхления грунтов - наи­более эффективный и экономичный . Однако возможность использования этого способа в городах и населенных пунктах ограничена, так как куски мерзлого грунта, асфальта и бетона разлетаются на значительные расстоя­ния (до 50 м). Установив оградительные сетки, этот способ можно применять и в местах с относительно ин­тенсивным движением транспорта и людей.

Способ, связанный с использованием машин ударно­го действия (дизель-молот), применяют, если допуска­ется сотрясение грунта вблизи домов и над подземными сооружениями и коммуникациями.

Ручная разработка грунта безопасна, но малопроиз­водительна, поэтому ее используют лишь в исключитель­ных случаях (при незначительных объемах рыхления грунтов).

Отогрев (оттаивание) грунта не относится к числу экономичных способов и применяется при незначитель­ных объемах работ или при производстве работ в стес­ненных условиях, когда другие способы подготовки мерз­лого грунта к разработке невозможны.

Оттаивание может быть поверхностное или глубин­ное .

При поверхностном оттаивании на открытой поверх­ности грунта сжигают под специальными приспособле­ниями (металлическими коробами) жидкое, твердое или газообразное топливо. В других случаях на отогреваемый грунт укладывают горячий песок температурой не менее 180°С, покрытый теплоизолирующим материалом. Тепло распространяется с поверхности земли на глубину оттаи­вания.

При глубинном оттаивании в толщу мерзлого грунта погружают нагреватели (электроды, прогреваемые элек­тротоком, паровые, водяные или электрические иглы). В этом случае тепло распространяется в грунте одно­временно по всей глубине оттаивания.

При большой глубине промерзания грунта оттаива­ние с применением коробов, прогреваемых дымовыми га­зами, производят в несколько приемов. Короба устанав­ливают в один или несколько рядов в зависимости от требуемой ширины отогрева, присыпают грунтом и сжи­гают под ними топливо. После оттаивания верхней зоны промерзания короба снимают и отогретый грунт выби­рают. Затем вторично устанавливают короба для отогре­ва оставшегося промерзшего слоя.

Комментариев: 0

Практически везде принято, что земляные работы проводятся в теплое время года. Но иногда случается так, что их нужно проводить и в холода, когда земля промерзла.проводятся двумя способами: без предварительной подготовки и соответственно с предварительной подготовкой земли.

Согласно нормативным актам без предварительной работы с грунтом зимой можно работать при помощи землеройной техники. При этом толщина мерзлого слоя земли и конструкционные особенности рабочих органов экскаватора должна соответствовать.

Земляные работы зимой когда много снега

То есть если ковш экскаватора имеет вместимость 0.5-0.6 кубов, то толщина промерзшей земли не должна превышать 0.25 м, если же объем ковша равен 1-1.25 кубов, то толщина мерзлого слоя может ровняться 0.4 м.

Если слой промерзшего грунта превышает эти параметры, то его подготавливают к работе следующими способами: предохранением от промерзания; рыхлением промерзшего грунта; оттаиванием мерзлого грунта.

Предохранять грунт от промерзания начинают еще осенью, как только закончится период дождей, но устойчивые заморозки еще не начались. Если эта процедура проведена правильно, то зимой замерший грунт можно не рыхлить или оттаивать. Предохранение можно осуществить тремя способами: без нарушения поверхности грунта, с нарушением и комбинированием этих способов.

При предохранении без нарушения целостности поверхности грунт осенью покрывается теплоизоляционным материалом. В его качестве можно использовать торф, опилки, шлак, солому, листву, пенопласт. Перед тем как уложить их на грунт, его рекомендуется обезвоживать. Теплоизоляционный слой убирается по мере разработки строительной площадки.

Если процедуру предохранение от промерзания проводится с нарушением целостности поверхности, то при этом осенью проводиться вспашка земли на глубину не меньше чем на 0.35 м или же грунт боронуется примерно на глубину 15-20 см. Тогда земляные работы зимойможно проводить практически любым экскаватором, так как глубина промерзания уменьшится в несколько раз.

Рыхление производится также несколькими способами – при помощи взрывов или механическим способом при помощи дробления и резания. Взрывы для рыхления применяются, если толщина мерзлого грунта превышает 0.8 м. Для этого в земле делается несколько шурфов, в которые закладывается заряд. Шурфы располагают в шахматном порядке. Объем поднятого одним взрывом грунта не должен превышать того объема который возможно убрать за 8-10 часов при температуре окружающего воздуха не меньше -25.

Механическое дробление применяется, когда земля промерзает не более чем на 1 метра. Если объем вынимаемого грунта небольшой, то применяют пневматический инструмент, если объемы довольно большие – то оправдано применение специальной техники.

Если же вышеописанные способы применить невозможно, то грунт подготавливают при помощи оттаивания. При этом способе применяется огонь, горячий пар, горячая вода или электроток. Правда единственным, но существенным недостатком оттаивания является то, что данный способ требует довольно много времени.

Но земляные работы зимойэто не только выемка грунта, иногда приходится заниматься возведением насыпей. При этом существуют свои правила, требования:
Без ограничений используется разрыхленные виды грунта, такие как скальные породы, гравий, песок.
Если в работах есть отсыпка грунта, то для его производства можно использовать мелкие пески или глинистые грунты с влажностью не более 0.9.
При этом не допускается использование для отсыпки насыпей кусков льда, также не допускается укладка насыпи во время снегопада.
Возводимые насыпи не должны полностью состоять из мерзлого грунта.