1. Особенности производства земляных работ в зимних условиях (общие сведения). Способы предохранения грунта от промерзания.

Основными свойствами сезонно-мерзлых грунтов являются повышенная механическая прочность, наличие пластических деформаций, пучинистость и повышенное электросопротивление.

Проявление этих свойств и глубина промерзания зависят в основном от длительности промерзания, температуры, влажности и вида грунта. Помимо указанных факторов, глубина промерзания грунтов, зависит и от силы ветра, толщины снежного покрова, характера естественного покрова (трава, пахотная земля, торф, камни, дорожные покрытия и т. д.), а также теплопроводности, влажности и уровня грунтовых вод.

Экскаваторный забой промерзает с кровли и откоса забоя, а также непосредственно с лобовой части его. В связи с этим разработка мерзлого грунта одноковшовыми экскаваторами производится по четырем схемам (направлениям движения ковша): вдоль мерзлого слоя (при различной глубине внедрения ковша от открытой поверхности);— поперек мерзлого слоя (в пределах его); — поперек мерзлого слоя (начиная с немерзлого грунта, т. е. с подбоем); IV — под углом к мерзлому слою в откосе забоя.

С понижением температуры механическая прочность грунта, а также удельное сопротивление резанию и копанию резко возрастают (в 5—8 раз). Поскольку температура мерзлого грунта изменяется по глубине, соответственно изменяются прочностные характеристики грунта: наибольшие значения удельного сопротивления копанию KFM имеют место в верхней, наружной части мерзлого слоя и наименьшие — на границе мерзлого и немерзлого (талого) грунта

Мерзлые грунты в силу своей повышенной механической прочности и сопротивления копанию (разрушению) усложняют производство земляных работ в зимних условиях и ограничивают возможность применения землеройных и землеройно-транспортных машин.

Для установления области возможного использования экскаваторов и другого оборудования (статических и динамических рыхлителей и т. п.) на мерзлых грунтах, особенно в очень прочных, необходимо выявить их технические возможности для непосредственной разработки мерзлого грунта.

Возможности применения землеройно-транспортных машин на мерзлых грунтах в значительной степени определяются конструктивным исполнением их рабочего органа и обеспечением устойчивой работы машины.

Глубина рыхления мерзлого грунта навесными статическими рыхлителями определяется, в первую очередь, мощностью двигателя трактора, а также конструктивным исполнением рыхлителя. При использовании тракторов, мощность двигателей которых 150...250 кВт, hR — = 0,45... 1 м. Применение сверхмощных тракторов (мощность двигателя 400... ...450 кВт) позволяет увеличить глубину рыхления грунтов до 1,5 м.

Без предварительного рыхления разработка мерзлых грунтов скреперами и бульдозерами крайне ограничена; глубина рыхления — 0,05...0,15 м.

Глубина рыхления мерзлых грунтов динамическими рыхлителями (клин- и шар-молотом, дизель-молотом и др.) д = 0,4...0,6 м, а навесными гидромолотами — до 2 м (разработка ведется послойно).

При глубине промерзания грунта производительность землеройного оборудования понижается. Для эффективной разработки грунтов в зимнее время и подготовки мерзлого слоя глубиной /ip к экскавации применяют следующие основные способы: предохранение грунта от промерзания; механическое разрушение (статическими и динамическими рыхлителями, блочный способ); взрывное рыхление; оттаивание.

Предохранение грунтов от промерзания

Грунты, подлежащие разработке в зимнее время, предохраняют от промерзания различными способами: вспахиванием, в том числе с последующим боронованием и снегозадержанием; глубоким рыхлением; утеплением теплоизоляционными материалами; покрытием быстротвердеющей пеной (пенопластом); введением в грунт химических реагентов (хлористого кальция, хлористого натрия и т. п.) и др.

Мероприятия по предохранению грунтов от промерзания осуществляют поздней осенью, перед наступлением заморозков, а по предохранению оснований траншей и котлованов — немедленно после выемки из них грунта.

Вспахивание и снегозадержание применяют в средней полосе СССР для утепления участков грунта, подлежащих разработке в первой трети зимы. Для вспашки верхнего слоя земли используют плуги и статические рыхлители.

Одним из эффективных способов предохранения грунтов от промерзания является их предварительное глубокое (до 1,5 м) рыхление. Образующаяся при рыхлении гребенчатая поверхность задерживает снег, который, в свою очередь, также защищает грунт от промерзания.

Глубина промерзания разрыхленного слоя, даже в суровую зиму, значительно меньше глубины промерзания грунта в естественном состоянии (h% ~ 0,5hnp). Порядок разрыхления участков должен быть увязан с последующей его разработкой. Глубокое рыхление рекомендуется применять для малосвязных (супеси) и гравелистых грунтов на участках, разрабатываемых в последнюю треть зимы.

Предварительно грунт рыхлят (поздней осенью) экскаватором, оборудованным прямой лопатой, а затем раскидывают зачерпнутый грунт. Сначала лобовой проходкой при работе в отвал роется траншея глубиной 1,3... ...1,5м. Последующей проходкой (боковой) эта траншея засыпается грунтом вновь образуемой траншеи и т. д. Таким образом по верху будущего котлована создается слой разрыхленного грунта толщиной 0,3...0,4 м, который задерживает на поверхности снег, предохраняющий грунт от промерзания. Дополнительная проходка за пределами котлована засыпается. Зимой мерзлая корка разрыхленного грунта легко разрабатывается экскаватором.

При ширине будущей выемки не более 12 м можно применить окучивание.

Небольшие поверхности грунта защищают от промерзания утеплением теплоизоляционными материалами (опилками, соломой, сеном, камышитом, шлаком, листьями и т. д.). Площадь утепленного грунта, подлежащего разработке в разные месяцы зимы, должна иметь соответственно разную толщину слоя утепляющих материалов, определяемую по соответствующим формулам.

Все более широкое применение в качестве теплоизоляционного материала находит быстротвердеющая пена, наносимая на поверхность грунта с наступлением устойчивой отрицательной температуры воздуха. Быстротвердеющая пена (пенопласт) обладает высокой пористостью и в замерзшем виде хорошо предохраняет грунт от промерзания. Слой пены толщиной 30...50 см отдаляет начало замерзания грунта на полтора-два месяца. Толщину пенопласта можно принимать из расчета 10... 15 см на 1000 градусо-дней отрицательной температуры. Пену приготовляют и наносят с помощью пеногенерирующих установок.

Химический способ предохранения грунта применяется в условиях средней и южной полосы страны, где температура на поверхности грунта под слоем снега не опускается ниже —15 °С. Осенью соль (технический хлористый натрий ИЛИ хлористый калий) укладывают на очищенную поверхность грунта или вносят в грунт на глубину 10...25 см инфильтрацией соляного раствора с поверхности, а также инъецированием его в грунт (при наличии тяжелых глинистых грунтов). Требуемое количество водного раствора солей и их концентрацию определяют расчетом.

Агрессивное воздействие солей на строительные конструкции и повышенная электропроводимость пропитанных солями грунтов, усиливающая влияние -блуждающих токов на подземные сооружения, ограничивают применение химического способа предохранения грунтов от промерзания (и оттаивания).