Для предварительного рыхления грунта vi категории можно использовать

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 19.09.2024

В стесненных условиях реконструкции предприятий применяют следующие способы разработки крепких и мерзлых грунтов: экскаваторами с использованием прямых и обратных лопат, с ковшами активного действия; с предварительным рыхлением динамическими и статическими рыхлителями, в том числе специальным сменным рабочим оборудованием к экскаваторам; с предварительным рыхлением взрывным способом с укрытиями и локализаторами взрыва; с оттаиванием мерзлых грунтов. Для успешной разработки грунта в зимнее время применяется также предохранение грунтов от промерзания.

Ковши активного действия создал ЦНИИС Минтранс-строя СССР для экскаватора ЭО-4121. Они обеспечивают разработку мерзлых и скальных грунтов IV—VI групп, а также других материалов повышенной прочности (например, асфальтобетонных покрытий) без предварительного рыхления. Ковши содержат вмонтированные в днище три пневмомолота ПМ-100 конструкции Института горного дела СО АН СССР с частотой 570 уд/мин. В процессе работы зубья пневмомолотов можно устанавливать под любым углом к разрушаемой поверхности за счет поворота ковша.

Для разработки мерзлых грунтов в Главленинградстрое применено сменное упорно-захватное оборудование для экскаваторов ЭО-3322Б и ЭО-4121А. Оборудование представляет собой упорное устройство рукояти с системой рычагов и ковшов. При разработке мерзлого грунта оборудование упором рукояти опирается на поверхность грунта рядом с кромкой забоя. При повороте ковша происходит отрыв мерзлого грунта и наполнение ковша. Усилие на зубьях ковша при этом достигает 35 (ЭО-3322Б) и 60 кН (ЭО-4121А), глубина рыхления 1,1 (ЭО-3322Б) и 1,8 м (ЭО-4121А), производительность 35—40 м3/ч.

Для разработки мерзлых грунтов на глубину до 1,3 м применяются захватно-клещевые устройства на экскаваторе ЭО-4121А. Устройство состоит из рамы, один конец которой шарнирно крепится к рукояти стрелы экскаватора; другой конец содержит один или три зуба, один центральный и два подрезных, направленных навстречу к зубьям ковша. Рама с зубьями приводится в действие дополнительным гидроцилиндром. Усилие, возникающее на зубьях, достигает 38 кН. Производительность рыхления мерзлого грунта захватно-клещевыми устройствами на базе экскаватора ЭО-4121 А —до 40 м3/ч

Однозубый захватно-клещевой рабочий орган к экскаватору ЭО-5122 по кинематической схеме подобен однозубому рабочему органу к экскаватору ЭО-4121А (табл. 4.6).

Захватно-клещевым рабочим органом можно разбирать временные дороги из дорожных плит, взламывать монолитные дорожные покрытия, разбирать старые здания, а также производить погрузку и разгрузку длинномерных и крупногабаритных предметов (свай, бревен, труб, крупных кусков породы и др.). При выполнении указанных работ не требуется смена рабочего оборудования, а погрузочно-раз-грузочные работы можно производить без участия стропальщиков. Рыхлитель, переведенный в нерабочее положение, не мешает обычной работе экскаватора. Усилия на зубьях рыхлителя направлены навстречу усилиям на зубьях ковша (кроме случаев работы однозубым рыхлителем), что позволяет практически разгрузить базовую машину от значительных усилий, возникающих на зубьях рыхлителя. Совмещение ряда технологических операций (рыхление и заполнение ковша, отрыв и погрузка блоков разборной скалы, плит и др.) позволяет заменить две машины одной со значительным экономических эффектом. Статическое рыхление мерзлых грунтов можно выполнять также зубом-рыхлителем, являющимся сменным рабочим оборудованием гидравлического экскаватора.

При допустимости динамических воздействий на грунт для рыхления мерзлых и скальных грунтов в стесненных условиях эффективно применять навесные пневмо- и гидромолоты (табл. 4.7) в качестве сменного рабочего оборудования на гидравлические экскаваторы. Технологическая производительность рыхления мерзлого грунта пневмомолотами ПН-1300 и ПН-1700 составляет 16. 22 м3/ч, гидромолотами СП-70 и СП-71 — 23. 30 м3/ч, СП-62 —до 70 м3/ч, а МУР-1250Г — до 150 м3/ч.

Рыхление и выемка мерзлых грунтов с применением пневмомолотов выполняется, как правило, слоями глубиной до 0,7 м. Рыхление грунта гидромолотом выполняется за один проход без промежуточной уборки грунта при глубине промерзания до 0,9м (СП-71) и 1,3м (СП-62). При большой глубине промерзания рыхление производится слоями соответственно 0,5 и 0,9 м с промежуточной уборкой разрыхленного грунта экскаватором или бульдозером. Наибольшая производительность рыхления достигается при применении максимальной сетки точек внедрения рабочего органа молота в грунт, допускающей отделение куска грунта от массива за одно внедрение (ориентировочно 0,6x0,5 м для гидромолота СП-71 и 1,2x0,7м для СП-62) при обеспечении наибольшей ширины полосы рыхления (в пределах до 5 м для молотов СП-70 и МУР-1250Г, 6 м для СП-71 и 8 м для СП-62).

Взрывной способ рыхления мерзлых и скальных грунтов в стесненных условиях применяют с использованием различных устройств и укрытий, предотвращающих разлет кусков взрываемого грунта. В качестве таких устройств наиболее эффективны передвижные локализаторы взрыва (санного типа и на колесах), перемещаемые трактором Т-100МилиТ-150К.

Трестом Строймеханизация Главновосибирскстроя для рыхления мерзлых грунтов в стесненных условиях методом взрыва используют комплект машин, состоящий из бульдозера, баровой машины БС-100, бурильной установки М-1 на гусеничном тракторе Т-100М, передвижного локализатора взрыва. Строительную площадку перед началом работ очищают от снега бульдозером. Баровой машиной прорезают локализирующую щель по периметру площадки, на которой выполняют буровзрывные работы. Щель прорезают на глубину не менее глубины заложения рядом расположенных фундаментов и подземных сооружений. Она служит для снижения уровня сейсмического воздействия. Бурильной установкой бурят скважины диаметром 80—100 мм. Заряды в скважинах взрывают высоковольтными электродетонаторами с помощью высоковольтного взрывного прибора ВВМ-4, Производительность подготовки мерзлого грунта при данном способе 250—300 м3 в смену, стоимость работ 0,49 руб/м3. Обеспечивается удовлетворительное дробление грунта (размер кусков до 400 мм в объеме 90—95 %), соблюдаются требования безопасности ведения взрывных работ (разлет кусков не более 1—2 м).

При небольших объемах разработки мерзлых грунтов применяют также оттаивание грунта паровыми, водяными и электрическими иглами, а также сжиганием жидкого и твердого топлива под специальными коробами. Однако почти все способы оттаивания более трудоемкие и дорогие по сравнению со способами механического и взрывного рыхления мерзлого грунта.

1. Вид продукции. Грунт, разрыхленный до такой степени, что его может разрабатывать данный землеройный механизм, обеспечивая при этом расчетную производительность.

Назначение. Производится рыхление грунтов III-IV групп для работы скрепера и бульдозера, а также грунтов II-XII групп для работы экскаватора. Без рыхления эти механизмы не могут разрабатывать указанные группы грунтов. Иногда для повышения производительности бульдозеров и скреперов и сокращения сроков производства земляных работ производят рыхление грунта II группы. Это актуально в тех случаях, когда нет возможности увеличить число работающих землеройных машин.

2. Состав процесса. При поверхностном рыхлении процесс ведется послойно и выполняется попеременно с разработкой разрыхленного слоя землеройным механизмом. Механизмы попеременно работают на смежных захватках.

При глубинном рыхлении грунта работы выполняются в два этапа: техническая подготовка систем рыхления и рабочий этап – рыхление грунтового массива. Обычно такое рыхление выполняется одноразово на всю требуемую глубину выемки и не чередуется с последующим процессом разработки грунта.

Поверхностное рыхление выполняется специальными механизмами на базе тяжелых тракторов – рыхлителями (рис. 2.10). Грунты III и IV группы разрыхляются механическим воздействием заглубленных в грунт зубьев рыхлителя при движении трактора. Заглубление зубьев осуществляется гидравлической системой трактора. В зависимости от рода грунта глубина рыхления составляет 300 – 600 мм; ширина разрыхленной полосы в зависимости от базовой машины может составить 1,6 – 3,0 м.

Рис. 2.10. Универсальный рыхлитель: а – трактор ДЭТ-250; б – зуб рыхлителя (2-4 шт.); в – нож бульдозера
Рис. 2.10. Универсальный рыхлитель: а – трактор ДЭТ-250; б – зуб рыхлителя (2-4 шт.); в – нож бульдозера

В заключение следует отметить, что при ручной разработке грунта (лопатой) широко распространенные грунты II и III групп (супеси и суглинки) не удается разрабатывать без их предварительного рыхления (ломом, киркой).

Источник: Технология строительных процессов. Снарский В.И.

Различают следующие способы предварительной под­готовки грунтов для разработки в зимних условиях: пре­дохранение грунта от промерзания, оттаивание мерзлого грунта, предварительное рыхление мерзлого грунта.

Предохранение грунта от промерзания.Известно, что наличие на дневной поверхности термоизоляционного слоя уменьшает как период, так и глубину промерзания. После отвода поверхностных вод можно устроить термо­изоляционный слой одним из следующих способов.

Рыхление грунта. При вспахивании и бороновании грунта на участке, предназначенном для разработки в зимних условиях, его верхний слой приобретает рых­лую структуру с замкнутыми пустотами, заполненными воздухом, обладающую достаточными термоизоляцион­ными свойствами. Вспашку ведут тракторными плугами или рыхлителями на глубину 20. 35 см с последующим боронованием на глубину 15. 20 см в одном или пере­крестных направлениях, что повышает термоизоляцион­ный эффект на 18. 30 %.

При 80. ПО градусо-днях (произведение средней су­точной температуры на число суток) толщина мерзлого слоя составляет 5 см, а при 550. 650 — 40 см. Снеговой покров на утепляемой площади можно искусственно увеличить, сгребая снег бульдозерами, автогрейдерами или путем снегозадержания с помощью щитов. Чаще всего механическое рыхление применяют для утепления боль­ших участков.

Защита поверхности грунта термоизоляционными ма­териалами. Утепляющий слой может быть выполнен из дешевых местных материалов: древесных листьев, сухо­го мха, торфяной мелочи, соломенных матов, шлака, стру­жек и опилок, укладываемых слоем 20. 40 см непосред­ственно по грунту. В условиях средней полосы европей­ской части СССР слой опилок толщиной 45 см может предохранить грунт от промерзания до середины фев­раля.

В последнее время в качестве утеплителя применяют быстротвердеющую пену (пенопласт), обладающую вы­сокой пористостью. Слой пены толщиной 30. 50 см отда­ляет начало замерзания грунта на 1,5. 2 мес. Пену при­готовляют и наносят пеногенерирующими установками. Поверхностное утепление грунта применяют в основном для небольших по площади выемок.

Оттаивание мерзлого грунтапроводят способами, которые классифицируются как по направлению распро­странения тепла в грунте, так и по виду теплоносителя.

По направлению распространения тепла в грунт мож­но выделить следующие три способа оттаивания грунта.

Оттаивание грунта сверху вниз. Этот способ являет­ся наименее эффективным, так как источник тепла раз­мещается в зоне холодного воздуха, что вызывает боль­шие потери тепла. В то же время этот способ достаточно легко и просто осуществим, требует минимальных под­готовительных работ, в связи с чем часто применяется на практике.

Оттаивание грунта способом снизу вверх требует ми­нимального количества энергии, так как оттаивание про­исходит под защитой ледоземляной корки и теплопотери при этом практически исключаются. Главный недоста­ток этого способа — необходимость выполнения трудо­емких подготовительных операций, что ограничивает об­ласть его применения.

При оттаивании грунта по радиальному направлению тепло распространяется в грунте радиально от верти­кально установленных прогревающих элементов, погру­женных в грунт. Этот способ по экономическим показа­телям занимает промежуточное положение между двумя


У.48. Оттаивание грунта огневым способом 1 — камера сгорания; 2 —вытяжная труба; 3 —обсыпка талым грунтом


У.49. Оттаивание грунта способом электропрогрева

а — горизонтальными электродами; б, в — вертикальными электродами; / — трехфазная электрическая сеть; 2 — горизонтальные полосовые электроды> 3—слой опилок, смоченный солевым раствором; 4 — слой толя или руберои­да; 5 — стержневой электрод


У.50. Оттаивание грунта паром

а — общая схема; б — паровая игла; 1 — паропровод; 2 —паровой вентиль; 3 —колпак; 4 — пробуренная скважина; 5 —паровая игла; 6— наконечник

ранее описанными, а для осуществления требует также значительных подготовительных работ.

По виду теплоносителя различают следующие основ­ные способы оттаивания мерзлых грунтов.

-Огневой способ (рис. У.48). В этом случае можно обойтись костром, разводимым на участке предполагае­мой разработки грунта. Но сжигаемое в костре топливо расходуется весьма неэкономно — лишь ничтожная часть выделяемой тепловой энергии используется на оттаива­ние грунта. Этот способ может применяться в исключи­тельных случаях для очень малых объемов работ.

Для отрывки зимой небольших траншей более эконо­мично применять звеньевой агрегат, состоящий из ряда металлических коробов в форме разрезанных по про­дольной оси усеченных конусов, из которых собирают сплошную галерею. Первый короб представляет собой камеру сгорания, в которой сжигают твердое или жидкое топливо. Вытяжная труба последнего короба обеспечи­вает тягу, благодаря которой продукты сгорания прохо­дят вдоль галереи и прогревают расположенный под ней грунт. Для уменьшения теплопотерь галерею обсыпают слоем талого грунта или шлака. Полосу оттаявшего грунта засыпают опилками, а дальнейшее оттаивание вглубь продолжается за счет аккумулированного в грун­те тепла.

Способ электропрогрева основан на пропуске тока че­рез разогреваемый материал, в результате чего послед­ний приобретает положительную температуру. Основные технические средства электропрогрева — горизонталь­ные и вертикальные электроды.

При оттаивании грунта горизонтальными электрода­ми по поверхности грунта укладывают электроды из по­лосовой или круглой стали, концы которых отгибают на 15. 20 см для подключения к проводам (рис. У.49, а). По­верхность отогреваемого участка покрывают слоем опи­лок толщиной 15. 20 см, который смачивают солевым раствором концентрацией 0,2. 0,5 % с таким расчетом, чтобы масса раствора была не менее массы опилок. Вначале смоченные опилки являются токопроводящим элементом, так как замерзший грунт не проводит ток. Под воздействием тепла, генерируемого в слое опилок, оттаивает верхний слой грунта, который превращается в проводник тока от электрода к электроду. После этого под воздействием тепла начинает оттаивать верхний слой грунта, а затем — нижележащие слои. В дальней­шем опилочныи слой защищает отогреваемый участок от потерь тепла в атмосферу, для чего слой опилок покры­вают толем или щитами. Этот способ применяется при глубине промерзания грунта до 0,7 м; расход электроэнергии на отогрев 1 м 3 грунта 150. 300 МДж; температура в опилках не превы­шает 90 °С.

Оттаивание грунта вертикальными электродами. Электроды представляют собой стержни из арматурной стали с заостренными нижними концами. При глубине промерзания более 0,7 м их забивают в грунт в шахмат­ном порядке на глубину 20. 25 см, а по мере оттаивания верхних слоев грунта погружают на большую глубину. При оттаивании сверху вниз необходимо систематически убирать снег и устраивать опилочную засыпку, увлаж­ненную солевым раствором. Режим прогрева при стерж­невых электродах такой же, как и при полосовых, при­чем во время отключения электроэнергии электроды сле­дует дополнительно заглублять до 1,3. 1,5 м. После отключения электроэнергии в течение 1. 2 сут глубина оттаивания продолжает увеличиваться за счет аккумули­рованного в грунте тепла под защитой опилочного слоя. Расход энергии при этом способе несколько ниже, чем при способе горизонтальных электродов.

Применяя прогрев снизу вверх, до начала прогрева необходимо бурить скважины, расположенные в шахмат­ном порядке на глубине, превышающей на 15. 20 см тол­щину мерзлого грунта (рис. У.49, б). Расход энергии при отогреве грунта снизу вверх существенно снижается, со­ставляя 50. 150 МДж на 1 м 3 , а засыпать слой опилок не требуется.

При заглублении стержневых электродов в подсти­лающий талый грунт и одновременном устройстве на дневной поверхности опилочнои засыпки, пропитанной солевым раствором, оттаивание происходит в направле­нии сверху вниз и снизу вверх (рис. У.49, в). При этом трудоемкость подготовительных работ значительно вы­ше, чем в первых двух вариантах. Применяют этот спо­соб лишь в исключительных случаях, когда необходимо срочно оттаять грунт.


Паровое оттаивание (рис. У.50) основано на выпуске пара в грунт, для чего служат специальные техни­ческие средства — паровые иглы. Паровая игла — это металлическая труба длиной до 2 м диаметром 25. 50 мм. На нижнюю часть трубы насажен наконечник с отвер­стиями диаметром 2. 3 мм. Иглы соединяются с паро­проводом гибкими резиновыми шлангами с кранами.

У.51. Оттаивание грунта электрона­гревателями

а—общая схема; б —схема элект­роиглы; / — электрическая сеть; 2 — электроигла; 3 — нагреватель­ный элемент (электроспираль); 4— стальная труба


У.52. Механическое рыхление мерзлых грунтов

— клином-молотом; б— дизель-молотом; 1 — клин-молот; 2 — экскаватор; 3 — мерзлый слой грунта; 4 — направляющая штанга; 5 — дизель-молот

Иглы заглубляются в скважины, предварительно пробу­риваемые на глубину, равную 0,7 глубины оттаивания. Скважины закрывают защитными колпаками, снабжен­ными сальниками для пропуска паровой иглы. Пар по­дается под давлением 0,06. 0,07 МПа. После установки аккумулирующих колпаков прогреваемую поверхность покрывают слоем термоизолирующего материала (напри­мер, опилок). В целях экономии пара режим прогрева иг­лами должен быть прерывистым (например, 1 ч — пода­ча пара, 1 ч — перерыв) с поочередной подачей пара в параллельные группы игл. Иглы располагают в шах­матном порядке с расстоянием между центрами 1. 1.5 м. Расход пара на 1 м 3 грунта составляет 50. 100 кг. При этом методе расходуется примерно в два раза больше тепла, чем при методе глубинных электродов.

Оттаивание электронагревателями (рис. У.51) основа­но на передаче тепла мерзлому грунту контактным (кон-дуктивным) способом. При этом методе в качестве основ­ных технических средств применяют так называемые электроиглы.

Электроиглы представляют собой стальные трубы дли­ной около 1 м и диаметром 50. 60 мм. Внутри иглы установлен нагревательный элемент, изолированный от корпуса трубы, который имеет контактные выводы для подключения к электрической цепи. Нагреваясь, элемент передает тепловую энергию стальному корпусу, а тот — мерзлому грунту. В настоящее время в практике строи­тельства применяют много типов электроигл (жидкост-но-статические, коаксиальные, трубчатые электронагре­ватели и Др.)> сохраняющих указанный принцип действия и отличающихся только конструктивным испол­нением.

При оттаивании грунтов электронагревателями тепло распространяется в радиальном направлении, а мерзлые перемычки имеют вид конусов, постепенно уменьшаю­щихся со временем размеров. Скорость оттаивания за­висит от температуры поверхности нагрева электрона­гревателей. С повышением температуры скорость оттаи­вания увеличивается, но повышается удельный расход энергии на оттаивание единицы объема грунта. Наибо­лее экономичной считается температура нагрева в пре­делах 60. 80°С. Расход электроэнергии составляет 30. . 35 кВт-ч/м 3 мерзлого грунта.

Предварительное рыхление мерзлого грунта осуще­ствляют взрывным или механическим способами.

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 мерзлого грунта состоит в его дроблении энергией взрыва зарядов и по технологии осуществления не отли­чается от изложенного выше.

Механическое рыхление заключается 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 наиболее эф­фективно при разработке твердомерзлых грунтов. Из методов динамического воздействия наиболее распрост­ранен ударный способ, при котором используют клин-молот (рыхление раскалыванием) или дизель-молот (рыхление сколом).

Рыхление раскалыванием применяют при глубине промерзания 0,5. 0,7 м. Для этого клин-молот подвеши­вают к стреле драглайна (рис. У.52, а). При работе с таким молотом стрелу устанавливают под углом не менее 60°, что обеспечивает достаточную высоту падения молота. При применении молотов свободного падения из-за динамической перегрузки быстро изнашиваются трос, тележка и отдельные узлы машины; кроме того, от ударного воздействия на грунт колебания его могут вредно воздействовать на расположенные вблизи соору­жения.

Рыхление сколом применяют при глубине промерза­ния до 1,3 м. Дизель-молот является навесным оборудо­ванием к экскаватору (рис. У.52, б), трактору-погрузчи­ку и трактору. Рыхлить мерзлый грунт дизель-молотом можно по двум технологическим схемам. По первой схе­ме дизель-молот рыхлит мерзлый слой, двигаясь зигза­гом по точкам, расположенным в шахматном порядке с шагом 0,8 м. При этом сферы дробления от каждой ра­бочей стоянки сливаются между собой, образуя сплош­ной разрыхленный слой, подготовленный для последую­щей разработки. Вторая схема требует предварительной подготовки открытой стенки забоя, разрабатываемого экскаватором; после этого дизель-молот устанавливают на расстоянии примерно 1 м от бровки забоя и наносят им удары по одному месту до тех пор, пока не произой­дет скол глыбы мерзлого грунта. Затем дизель-молот пе­ремещается вдоль бровки, повторяя эту операцию.

Ударные мерзлоторыхлители хорошо работают при низких температурах грунта, когда для него характер­ны не пластичные, а хрупкие деформации, способствую­щие его раскалыванию под действием удара.

При небольших и рассредоточенных объемах работ в некоторых случаях целесообразно для рыхления мерз­лого грунта применять средства малой механизации — бурильные (отбойные) молотки. Для этого в углу кот­лована вначале устанавливают небольшой приямок глу­биной 15. 25 см, а затем методом скола в сторону приямка его удаляют в пионерную траншею, идущую вдоль одной из стенок котлована. После этого остальную площадь разрабатывают методом скола в сторону этой траншеи. Разработка ведется послойно.

Статическое воздействие основано на соз­дании режущего усилия в мерзлом грунте. Для этого применяют специальное оборудование, у которого непре-

рывное режущее усилие ножа создается за счет тягового усилия трактора-тягача. Машины этого типа производят послойную проходку мерзлого грунта, обеспечивая за каждую проходку рыхление глубиной 0,3. 0,4 м. Поэто­му мерзлый слой, предварительно разрыхленный такими машинами, разрабатывают бульдозерами. В противопо­ложность ударным рыхлителям статические рыхлители хорошо работают при высоких температурах грунта, ког­да пластические деформации значительны, а механиче­ская прочность грунта понижена. Рыхлители такого ти­па могут быть прицепными и навесными — на заднем мосту трактора. Очень часто их используют (агрегируют) совместно с бульдозером, который Может в этом случае попеременно рыхлить или разрабатывать грунт. Прицеп-ной рыхлитель при этом отцепляют, а навесной подни­мают. В зависимости от мощности двигателя и механи­ческих свойств мерзлого грунта число зубьев рыхлителя колеблется от 1 до 5, причем чаще всего пользуются од­ним зубом. Для эффективной работы тракторного рых­лителя на мерзлом грунте необходимо, чтобы двигатель обладал достаточной мощностью—100. 180 кВт. Рых­лят грунт параллельными (примерно через 0,5 м) про­ходками с последующими поперечными проходками под углом 60. 90° к предыдущим.

Мерзлый грунт, разрыхленный перекрестными про­ходками одностоечного рыхлителя, можно успешно раз­рабатывать тракторным скрепером. Этот способ весьма экономичен ис успехом конкурирует с буровзрывным способом.

Строительство ведется круглый год, в связи с чем примерно 20% общего объема земляных работ приходится выполнять при мерзлом состоянии грунта.

Для мерзлых грунтов характерным является значительное увеличение трудоемкости их разработки вследствие повышенной механической прочности. Кроме того, мерзлое состояние грунта усложняет технологию, ограничивает применение некоторых типов землеройных (экскаваторов) и землеройно-транспортных (бульдозеров, скреперов, грейдеров) машин, уменьшает производительность транспортных средств, способствует быстрому износу деталей машин, особенно их рабочих органов. В то же время временные выемки в мерзлом грунте можно разрабатывать без откосов.

В зависимости от конкретных местных условий разработку грунта в зимних условиях осуществляют следующими методами:

1) предохранением грунта от промерзания и последующей разработкой обычными методами;

2) разработкой грунта в мерзлом состоянии с предварительным рыхлением;

3) непосредственной разработкой мерзлого грунта;

4) оттаиванием грунта и его разработкой в талом состоянии.

1. Предохранение грунта от промерзания осуществляют рыхлением поверхностных слоев, укрытием поверхности различными утеплителями, пропиткой фунта солевыми растворами. Рыхление грунта вспахиванием и боронованием производят на участке, предназначенном для разработки в зимних условиях. В результате верхний слой грунта приобретает рыхлую структуру с замкнутыми пустотами, заполненными воздухом, которая обладает Достаточными термоизоляционными свойствами. Вспашку ведут тракторными плугами или рыхлителями на глубину 20. 35 см с последующим боронованием на глубину 15. 20 см в одном направлении (или в перекрестных направлениях), что повышает термоизоляционный эффект на 18. 30%.

Укрытие поверхности грунта выполняют термоизоляционными Материалами, желательно из дешевых местных материалов: древесных листьев, сухого мха, торфяной мелочи, соломенных матов, шлака, стружек и опилок, укладываемых слоем 20. 40 см непосредственно по грунту. Поверхностное утепление грунта применяют в основном для небольших по площади выемок.

2.Рыхление мерзлого грунта с последующей разработкой землеройными или землеройнотранспортными машинами осуществляет механическим или взрывным методом. Механическое рыхление базируется на резании, раскалывании или сколе слоя мерзлого грунта статическим или динамическим воздействием.

Статическое воздействие основано на воздействии непрерывного режущего усилия в мерзлом грунте специальным рабочим органом — зубом. Для этого применяют специальное оборудование, у которого непрерывное режущее усилие зуба создается за счет тягового усилия трактора-тягача (рис. 5.30, а). Машины этого типа производят послойную проходку мерзлого грунта, обеспечивая за каждую проходку глубину рыхления порядка 0,3. 0,4 м. Рыхлят грунт параллельными (примерно через 0,5 м) проходками с последующими поперечными проходками под углом 60. 90° к предыдущим. Производительность рыхлителя 15. 20 и3/ч. В качестве статических рыхлителей применяют гидравлические экскаваторы с рабочим органом —зубом-рыхлителем (рис. 5.30, б).

Возможность послойной разработки мерзлого грунта делает статические рыхлители применимыми независимо от глубины промерзания.

Динамическое воздействие основано на создании ударных нагрузок на открытой поверхности мерзлого грунта. Этим способом грунт разрушают молотами свободного падения (рыхление раскалыванием) либо молотами направленного действия (рыхление сколом). Молот свободного падения может иметь форму шара или клина (рис. 5.31, а) массой до 5 т, подвешиваемого на канате к стреле экскаватора и сбрасываемого с высоты 5. 8 м. Шары рекомендуют применять при рыхлении песчаных и супесчаных грунтов, а клинья — глинистых (при глубине промерзания 0,5. 0,7 м).

В качестве молота направленного действия широко применяют дизель-молоты, используемые в качестве навесного оборудования к экскаватору (рис. 5.31, б) или трактору. Дизель-молоты позволяют разрушать грунт на глубину до 1,3 м.

Рыхление взрывом эффективно при глубинах промерзания 0,4- 1,5 м и более и при значительных объемах разработки мерзлого грунта. Его применяют преимущественно на незастроенных участках, а на застроенных ограниченно — с использованием укрытий и локализаторов взрыва (тяжелых пригрузочных плит). При рыхлении на глубину до 1,5 м применяют шпуровой и щелевой методы, а при больших глубинах — скважинный или щелевой. Щели на расстоянии 0,9. 1,2 м (рис. 5.32, а) одна от другой. При взрывании мерзлый грунт полностью дробится, не повреждая стенок котлована или траншеи (рис. 5.41, б).

3. Непосредственная разработка мерзлого грунта(без предварительного рыхления) ведется двумя способами блочным и механическим.

Блочный метод основан на том, что монолитность мерзлого грунта нарушается с помощью разрезки его на блоки, которые затем удаляют экскаватором, строительным краном или трактором (рис. 5.33). Разрезку на блоки выполняют по взаимно перпендикулярным направлениям. При малой глубине промерзания (до 0,6 м) достаточно сделать только продольные прорезы. Глубина прорезаемых в мерзлом слое щелей должна составлять примерно 80% от глубины промерзания, так как ослабленный слой на границе мерзлой и талой зон не является препятствием для отрыва блоков от массива. Расстояние между нарезанными щелями зависит от размеров кромки ковша экскаватора (размеры блоков должны быть на 10. 15% меньше ширины зева ковша экскаватора). Для отгрузки блоков применяют экскаваторы с ковшами вместимостью 0,5 м3 и выше, оборудованные преимущественно обратной лопатой, так как выгрузка блоков из ковша прямой лопатой сильно затруднена.

Механический метод основан на силовом (иногда в сочетании с ударным или вибрационным) воздействии на массив мерзлого грунта. Реализуется применением как обычных землеройных и землеройно-транспортных машин, так и машин, оборудованных специальными рабочими органами.

Обычные машины применяют при небольшой глубине промерзания грунта: экскаваторы прямая и обратная лопаты с ковшом вместимостью до 0,65 м3 —0,25 м; то же, с ковшом вместимость до 1,6 м3—0,4 м; экскаваторы-драглайны —до 0,15 м; бульдозер и скреперы —0,05. 0,1 м.

Для расширения области применения в зимнее время одноковшовых экскаваторов начато применение специального оборудования: ковшей с виброударными активными зубьями (рис. 5.34, а) и ковшей с захватно-клещевым устройством (рис. 5.34, б). За счет избыточного режущего усилия такие одноковшовые экскаваторы могут послойно разрабатывать массив мерзлого грунта, объединяя процессы рыхления и экскавации в единый.

4. Оттаивание мерзлого грунта осуществляют тепловыми способами характеризующимися значительной трудоемкостью и энергоемкостью. Поэтому тепловые способы применяют только в тех случаях, когда другие эффективные методы недопустимы или неприемлемы, а именно: вблизи действующих подземных коммуникаций и кабелей; ПРИ необходимости оттаивания промерзшего снования; при аварийных и ремонтных работах; в стесненных условиях (особенно в условиях технического перевооружения и реконструкции предприятий).

Способы оттаивания мерзлого грунта классифицируют как по направлению распространения теплоты в грунте, так и по применяемому виду теплоносителя.

По направлению распространения теплоты в грунт можно выделить следующие три способа оттаивания грунта.

Способ оттаивания грунта сверху вниз неэффективен, так как источник теплоты размещается в зоне холодного воздуха, что вызывает большие потери теплоты. В то же время этот способ достаточно легко и просто осуществить, так как он требует минимальных подготовительных работ.

Способ оттаивания грунта снизу вверх требует минимального расхода энергии, так как оттаивание происходит под зашитой льдоземляной корки и теплопотери при этом практически исключаются. Главный недостаток этого способа — необходимость выполнения трудоемких подготовительных операции, что ограничивает область его применения.

При оттаивании грунта по радиальному направлению тепло распространяется в грунте радиально от вертикально установленные прогревающих элементов, погруженных в грунт. Этот способ | своим экономическим показателям занимает промежуточное положение между двумя ранее описанными, а для своего осуществления требует также значительных подготовительных работ.

По виду теплоносителя-

различают следующие основные способы оттаивания мерзлых грунтов.

Огневой способ применяют для отрывки зимой небольших траншей. Для этого экономично использовать звеньевой агрегат (рис. 5 35), состоящий из ряда металлических коробов в форме разрезанных по продольной оси усеченных конусов, из которых собирают сплошную галерею. Первый из коробов представляет собой камеру сгорания, в которой сжигают твердое или жидкое топливо. Вытяжная труба последнего короба обеспечивает тягу, благодаря которой продукты сгорания проходят вдоль галереи и прогревают расположенный под ней грунт. Для уменьшения теплопотерь галерею обсыпают слоем талого грунта или шлака. Полосу оттаявшего грунта засыпают опилками, а дальнейшее оттаивание вглубь продолжается за счет аккумулированной в грунте теплоты.

Способ электропрогреваоснован на пропуске тока через разогреваемый материал, в результате чего он приобретает положительную температуру. Основными техническими средствами являются горизонтальные или вертикальные электроды.

При оттаивании грунта горизонтальными электродами по поверхности грунта укладывают электроды из полосовой или круглой стали, концы которых отгибают на 15. 20 см для подключения к проводам (рис. 5.36, а). Поверхность отогреваемого участка покрывают слоем опилок толщиной 15. 20 см, которые смачивают солевым раствором с концентрацией 0,2. 0,5% с таким расчетом, чтобы масса раствора была не менее массы опилок. Вначале смоченные опилки являются токопроводящим элементом, так как замерзший грунт не является проводником. Под воздействием теплоты, генерируемой в слое опилок, оттаивает верхний слой грунта, который превращается в проводник тока от электрода к электроду. После этого под воздействием теплоты начинает оттаивать следующий слой грунта, а затем нижележащие слои. В дальнейшем опилочный слой защищает отогреваемый участок от потерь теплоты в атмосферу, для чего слой опилок покрывают толем или щитами. Этот способ применяют при глубине промерзания грунта до 0,7 м; расход электроэнергии на отогрев 1 м3 грунта колеблется от 150 до 300 МДж; температура в опилках не превышает 80. 90°С.

Оттаивание грунта вертикальными электродами осуществляют с применением стержней из арматурной стали с заостренными нижними концами. При глубине промерзания 0,7 м их забивают в грунт в шахматном порядке на глубину 20. 25 см, а по мере оттаивания верхних слоев грунта погружают на большую глубину (рис. 5.36, б). При оттаивании сверху вниз необходимо систематически убирать снег и устраивать опилочную засыпку, увлажненную солевым раствором. Режим прогрева при стержневых электродах такой же, как и при полосовых, причем во время отключения электроэнергии электроды следует последовательно заглублять по мере прогрева грунта до 1,3. 1,5 м. После отключения электроэнергии в течение 1. 2 дн глубина оттаивания продолжает увеличиваться за счет аккумулированной в грунте теплоты под защитой опилочного слоя. Расход энергии при этом способе несколько ниже, чем при способе горизонтальных электродов.

Применяя прогрев снизу вверх, до начала прогрева необходимо бурить скважины, расположенные в шахматном порядке, на глубину, превышающую на 15. 20 см толщину мерзлого грунта. Расход энергии при отогреве грунта снизу вверх существенно снижается, составляя 50. 150 МДж на 1 м3, а применять слой опилок не требуется.

При заглублении стержневых электродов в подстилающий талый грунт и одновременном устройстве на дневной поверхности опилочной засыпки, пропитанной солевым раствором, оттаивание происходит как в направлении сверху вниз, так и снизу вверх. При этом трудоемкость подготовительных работ значительно выше, чем в первых двух вариантах. Применяют этот способ лишь в исключительных случаях, когда необходимо экстренно осуществить оттаивание грунта.

Паровое оттаивание основано на впуске пара в грунт, для чего применяют специальные технические средства—паровые иглы, представляющие собой металлическую трубу длиной до 2м, диаметром25. 50мм. На нижнюю часть трубы насажен наконечник с отверстиями диаметром 2- Змм Иглы соединяют с паропроводом гибкими резиновыми шлангами с кранами. Иглы заглубляют в скважины, предварительно пробуриваемые на глубину, 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 термоизолирующего материала (например, опилок). Иглы располагают в шахматном порядке с расстоянием между центрами 1. 1,5 м. Расход пара на 1 м3 грунта составляет 50. 100 кг. Этот метод требует расхода теплоты примерно в 2 раза больше, чем метод глубинных электродов.

Оттаивание грунта электронагревателями: Оттаивание электронагревателями основано на передаче теплоты мерзлому грунту контактным способом. В качестве основных технических средств применяют электроиглы, представляющие собой стальные трубы длиной около 1 м, диаметром до 50. 60 мм. Внутри иглы установлен нагревательный элемент, изолированный от корпуса трубы. Нагревательный элемент имеет контактные выводы для подключения к электрической цепи. Нагреваясь, он передает тепловую энергию стальному корпусу, а тот — мерзлому грунту.

При оттаивании грунтов электронагревателями теплота распространяется в радиальном направлении.


В условиях современного круглогодичного строительства примерно 20% объема земляных работ разрабатывают в зимнее время. В связи повышенной прочностью мерзлых грунтов зимой в несколько раз увеличивается трудоемкость и стоимость их разработки

В условиях современного круглогодичного строительства примерно 20% объема земляных работ разрабатывают в зимнее время. В связи повышенной прочностью мерзлых грунтов зимой в несколько раз увеличивается трудоемкость и стоимость их разработки. Без предварительной подготовки может разрабатываться грунт, промерзший на глубину до: 0,1 м 3 - скреперами и бульдозерами; 0,15 м 3 - экскаваторами-драглайнами; 0,25 м 3 - экскаваторами, оборудованными прямой лопатой, с ковшами вместимостью 0,5. 0,65 м; 0,4 м - то же, но более мощными экскаваторами. В остальных случаях грунт до разработки должен быть предварительно подготовлен одним из следующих способов: предохранением от промерзания; оттаиванием; рыхлением.

Предохранение от промерзания заключается в предварительной обработке или утеплении грунта до замерзания теплоизоляционными материалами. Для этого грунт после отвода поверхностных вод можно разрыхлять или вспахивать с боронованием на глубину до 0,35 м 3 , закрывать местными теплоизоляционными материалами (листва, хвоя, опилки и т.п.), а также устраивать снегозадержание.

Оттаивание грунта может осуществляться сверху вниз, снизу вверх и по горизонтальному направлению - радиально от нагревателя.

Наиболее простым (но дорогостоящим) является огневой способ (рис.1), при котором мерзлый грунт оттаивает сверху вниз благодаря сжиганию на поверхности замерзшего грунта под колпаком твердого или жидкого топлива. Для оттаивания 1 м мерзлого грунта расходуется примерно 130 кг торфа, 50 кг угля, 0,15 м 3 дров, 5 кг дизельного топлива.

а - огневым способом; б - паровыми иглами; в, г - горизонтальными и вертикальными электродами; 1 - камера сгорания; 2 - вытяжная труба; 3 - слой грунта (опилок); 4 - паропровод; 5 - колпак; 6 - скважина; 7 - паровая игла; 8 - электрод; 9 - трехфазная электросеть.

Также по направлению сверху вниз мерзлый грунт можно отогревать горизонтальными электродами. Для создания токопроводящих условий поверхность грунта покрывают опилками, смоченными в солевом растворе. Затем отогретый грунт становится проводником тока, а опилки способствуют сохранению тепла. Прогревание мерзлого грунта электротоком снизу вверх можно осуществить, если имеется возможность погрузить вертикальные электроды ниже уровня промерзания грунта.

Примером отогревания грунта в радиальном направлении может служить оттаивание паровыми иглами или электронагревателями. В первом случае пар, проходя между двумя трубами отдает тепло грунту через наружную трубу; во втором - внутри трубы располагают нагревательный элемент, который нагревает поверхность трубы.

Рыхление мерзлого грунта может осуществляться взрывным или механическим способом. Взрывание грунта производят только специально подготовленные рабочие-подрывники. Для этого в грунте пробуривают отверстия - шпуры или нарезают щели, в которые закладываются заряды взрывчатого вещества (ВВ).

Механическое рыхление мерзлого грунта может осуществляться статическим или динамическим воздействием. Пример статического воздействия - рыхление грунта бульдозерно-рыхлительными агрегатами. В качестве механизмов для динамического воздействия используют дизель-молоты, клин-молоты, машины ударного действия, а также навесное оборудование экскаватора (клин и шар-молоты) или гидравлические молоты (рис.2).

Рис.2. Рыхление мерзлого грунта

а - молотом свободного падения; б, в - то же дизель-молотом и гидромолотом; г, д- при глубине промерзания до и более 1,5 м; 1 - молот; 2 - экскаватор; 3 - мерзлый слой грунта; 4 - направляющая штанга; 5 - дизель-молот; 6 - гидромолот.

Кроме рыхления иногда мерзлые грунты режут на блоки с последующим их удалением тракторами или разработкой экскаваторами. Такой метод особо эффективен в тех случаях, когда недопустимо сотрясение грунта. В настоящее время многие компании предлагают свои услуги по аренде экскаваторов. Для нарезания блоков рекомендуются баровые машины с цепным рабочим органом, смонтированном на базе трактора.

Читайте также: