Разработка грунта в зимних условиях

Значительная часть территории России расположена в зонах с продолжительной и суровой зимой. Однако строительство здесь ведется круглый год, в связи с чем примерно 20% общего объема земляных работ приходится выполнять при мерзлом состоянии грунта.

Для мерзлых фунтов характерным является значительное уве­личение трудоемкости их разработки вследствие повышенной ме­ханической прочности. Кроме того, мерзлое состояние фунта 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 грунта солевыми растворами.

Рыхление грунта вспахиванием и боронованием производят на участке, предназначенном для разработки в зимних условиях. В результате верхний слой фунта 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 фунту. Поверхностное утепление фунта применяют в основном для небольших по площади выемок.

2. Рыхление мерзлого грунта с последующей разработкой земле­ройными или землеройно-транспортными машинами осуществля­ют 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. 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 м³/ч. В качестве статических рыхлителей применяют гидравлические экскаваторы с рабочим органом —зубом-рыхлителем).

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 массой до 5 т, подвешиваемого на канате к стреле экскаватора и сбрасываемого с высоты 5... 8 м. Шары рекомендуется 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,

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 основания; 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 виду теплоносите­ля различают следующие основные способы отта­ивания мерзлых фунтов.

Огневой способ при­меняют для отрывки зи­мой небольших тран­шей. Полосу оттаявшего грунта засыпают опилками, а даль­нейшее оттаивание вглубь продолжается за счет аккумулированной в грунте теплоты.

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

Паровое оттаивание основано на впуске пара в грунт, для чего применяют специальные технические средства — паровые иглы 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 электронагревателями основано на передаче теп­лоты мерзлому грунту контактным способом. В качестве основных технических средств применяют ТЭНы -электроиглы