1. Способы оттаивания мерзлых грунтов. Способы рыхления и разработки мерзлых грунтов.

Оттаивание мерзлых грунтов применяют при отрыве небольших котлованов, участков траншей, вводов, вблизи подземных сооружений, трубопроводов и кабелей, в труднодоступных местах и стесненных условиях, во время ведения аварийных и ремонтных работ.

Теплота, получаемая от источника, может распространяться:

по поверхности грунта от нагревателя, размещенного на ней (поверхностное оттаивание);

в радиальном направлении от нагревателя, размещенного в шпуре в мерзлом слое грунта (радиальное оттаивание);

к поверхности грунта от нагревателя, размещенного ниже слоя мерзлого грунта (глубинное оттаивание);

в нескольких направлениях от нагревателей, расположенных в любой зоне мерзлого грунта или на поверхности (комбинированное оттаивание).

Наиболее простым, но малоэффективным способом является отогрев грунта сжиганием под металлическим коробом торфа, каменного угля, щепы и т. п.

Режим процесса оттаивания мерзлого грунта состоит из воздействия тепла на грунт в течение 7...8 ч и периода аккумуляции тепла (16... 18 ч). Для оттаивания 1 м3 грунта расходуется 120... ...140кг торфа, 30...60 кг угля, 0,15м8 дров.

Более экономичным при разработке траншей является оттаивание грунта жидким топливом с помощью соответствующих установок. Топливо (соляровое масло) поступает по шлангу самотеком из бака к форсунке, установленной впереди головного короба. У сопла форсунки топливо распыляется и факелом сжигается. Участок длиной 8 м и шириной 1 м установка оттаивает за 6.. .8 ч на глубину 20.. .30 см. Затем установка перемещается на соседний участок, а на поверхность прогретого грунта насыпают опилки слоем до 30 см. За счет аккумуляции тепла через 10... 12 ч грунт оттаивает на глубину 0,7...0,8 м. Расход топлива — 4... ...5 кг на 1 м3 грунта.

Оттаивание грунта паровыми, водяными и электрическими иглами. Источником тепла служат стационарные или передвижные установки. В предварительно пробуренные шпуры (скважины) на глубину, не доходящую до талого горизонта на 10... 12 см, устанавливают иглы.

Паровые иглы располагают в шахматном порядке на расстоянии друг от друга, равном толщине отогреваемого слоя, и выдерживают их под паром от 2...3 ч (песчаные грунты) до 4...6 ч (глинистые грунты). После этого делают перерыв на 1...2 ч, а затем вновь пускают пар. Отогретый участок покрывают утепляющим материалом (опилки, листья и т. п.).

В водяные циркуляционные иглы горячая вода поступает по трубопроводам. После прохождения группы игл теплоноситель — вода — возвращается в котельную установку для следующего подогрева. При этом способе расход тепла больше, чем при паропрогреве.

Электрические иглы при разработке небольших котлованов ставят в центре каждого котлована, при разработке узких траншей — по оси на расстоянии 1 м друг от друга, при разработке широких траншей — в шахматном порядке на расстоянии, равном глубине промерзания, при разработке больших котлованов — в шахматном порядке на расстоянии 1... 1,5 м. Электрические иглы включают в сеть переменного тока напряжением 220 В последовательно группами.

Оттаивание грунта электродами и нагревателями. Оттаивание мерзлых грунтов может производиться с помощью глубинных электродов, изготовляемых из круглой арматурной тали диаметром 16...20 мм или труб диа-гром 25...50 мм, заостренных с одного онца. Электроды вставляют в пробуренные скважины или забивают отбойными пневматическими или электрическими молотками. Расстояние между рядами электродов Ъ = 0,86а, где а — 0,4... ...0,8м — расстояние между электродами в ряду. Электроды вставляются или забиваются на глубину 5... 10 см ниже мерзлого слоя. Электрический ток, пройдя по талому грунту под мерзлым слоем (мерзлый грунт плохо пропускает ток), выделяет тепло, которое аккумулируется и оттаивает вышележащие слои мерзлого грунта.

Трубчатые электронагреватели (ТЭНы) и коаксиальные нагреватели обычно используются при радиальном оттаивании. ТЭНы отличаются несложностью конструкции и быстротой оттаивания грунта, но при их использовании необходимо укрывать поверхность. Коаксиальные нагреватели конструктивно просты, безопасны и несложны в эксплуатации, но скорость и радиус оттаивания ими грунта меньше, чем ТЭНами.

Оттаивание следует чередовать с термосным выдерживанием. В частности, продолжительность первого периода прогрева составляет 6... 12 ч, термосное выдерживание — 3...6 ч. Такой цикл (прогрев и термос) в зависимости от глубины промерзания и физико-механических свойств грунта повторяют 2—3 раза.

При производстве работ по оттаиванию мерзлых грунтов рационально между нагревателями оставлять некоторые зоны непрогретого грунта с толщиной стенок, позволяющей их разработку непосредственно экскаваторами. Это дает возможность сократить энергоемкость оттаивания на 40...50 %. При ручной разработке необходимо, чтобы грунт оттаял полностью.

Рыхление и разработка мерзлых грунтов

Для рыхления мерзлого грунта механическим способом используются:

при разработке котлованов — машины ударного действия (динамические рыхлители), навесные (статические) рыхлители и землеройно-фрезерные машины, баровые машины для нарезки мерзлых грунтов на блоки;

при разработке траншей — машины ударного действия, дисковые экскаваторы и фрезерные машины, баровые машины, роторные и цепные экскаваторы со специальным рабочим оборудованием, а при небольших объемах — сменное рабочее оборудование на гидравлических экскаваторах (пневмомолоты и гидромолоты);

при планировке площадки — навесные (статические) рыхлители, машины ударного действия, а при малых объемах работ — сменное рабочее оборудование на гидравлических экскаваторах (пневмомолоты и гидромолоты).

При сравнительно небольших по объему котлованах и траншеях грунт рыхлят с помощью навесного оборудования одноковшовым экскаватором в виде молотов свободного падения. Молот может иметь форму шара, действующего по принципу дробления, или клина, скалывающего грунт.

Недостатком рыхления грунтов этим способом является чрезмерный расход стальных канатов и повышенные нгжелательные динамические нагрузки на узлы экскаватора.

Разработка мерзлых грунтов блоками заключается в том, что монолитность мерзлого грунта нарушается с помощью нарезки его на блоки (полосы). .

Мелкоблочный метод разработки мерзлых грунтов целесообразен при устройстве небольших котлованов и траншей (вводов), при работе в стесненных условиях с погрузкой грунта в автотранспорт или укладкой в отвал.

Крупноблочный метод рекомендуется для разработки небольших котлованов в мерзлых грунтах, а также вблизи зданий, когда недопустимо сотрясение грунта, неизбежное при ударном и виброударном рыхлении мерзлого грунта.

При этом методе блоки массой 4... 10 т отрываются и сдвигаются от талого основания бульдозерами, затем погружаются кранами в самосвалы со снятым задним бортом. Отрыв блоков от талого грунта облегчается внецентренностью их строповки клещевыми захватами. Подъем блоков можно производить через несколько смен после нарезания щелей, поскольку разрыв между блоками не смерзается.

Выемку разбивают на две захватки: на первой нарезают щели однобаровой машиной, на второй убирают краном блоки и подчищают бульдозером основание.

Взрывной способ рыхления мерзлых грунтов наиболее эффективен при глубине промерзания свыше 0,8 м. Рыхление обычно ведется с использованием шпуровых и щелевых зарядов и, реже,— скважинных (при ппр > 2 м), котловых и мелкокамерных зарядов.

Разрабатываемую выемку делят на захватки: на первой разрыхленный грунт разрабатывают экскаватором; на второй, где грунт также разрыхлен, работы согласно условиям безопасности не производят; на третьей ведут буровые и взрывные работы.

При обратной засыпке котлованов и траншей в зимнее время пазухи между стенками котлована и возведенными в нем фундаментами надо засыпать грунтом, содержащим мерзлых комьев не более 15 % общего объема засыпки; засыпать пазухи внутри зданий мерзлым грунтом запрещается.

При прокладке трубопроводов траншею на 0,5 м выше трубы засыпают немерзлым (талым) грунтом. Верхнюю I часть траншеи можно засыпать мерзлым грунтом, не содержащим комьев разменами более 5... 10 см. Для засыпки траншей в пределах проездов с твердым покрытием применять мерзлый грунт нельзя.