Выполнение земляных работ в зимнее время. Особенности производства земляных работ в условиях низких температур и в период жаркой погоды Особенности выполнения земляных работ в зимнее время

→ Cтроительные работы

Производство земляных работ в зимних условиях

При производстве земляных работ в зимнее время в целях снижения трудоемкости разработки грунта осуществляют различные мероприятия: предохранение грунтов от промерзания, рыхление и оттаивание мерзлых грунтов.

От промерзания грунты могут быть предохранены устройством водоотводов, пропашкой плугами в теплое время года на глубину до 35 см с последующим рыхлением механическими рыхлителями на глубину до 20 см, перелопачиванием грунта экскаватором на глубину до 1,3-1,5 м; задержанием снега на площадях, предназначенных для разработки; при малосвязных грунтах (на небольших участках) - покрытием поверхности грунта торфом, опилками, шлаком, соломой, листвой.

Толщина этого слоя определяется расчетом и зависит от теплоизоляционных свойств утеплителя, характеристики утепляемого грунта, а также периоды зимы, в котором намечено выполнение земляных работ. Так, для средней полосы СССР толщина (в см) слоя опилок или торфа для утепления глинистых грунтов, подлежащих разработке в ноябре, составляет 15, в декабре - 25, в январе - 35, в феврале - 40 и в марте - 45.

При большой и открытой (свободной от зданий) поверхности участка, разрабатываемого в зимних условиях, его целесообразно утеплять снегом, создавая искусственный снежный покров толщиной 1-1,5 м. Для этого устраивают несколько перпендикулярных к направлению господствующих ветров рядов изгородей из специальных щитов размером 1,5×2 м с просветами в количестве 30-50% от площади и расстоянием между рядами, равным 10-15-кратной высоте изгороди. Задержать снег можно также образованием снежных валов с первоначальной высотой 0,4-0,5 м, которые устраивают при помощи бульдозеров и грейдеров.

Если грунт не удалось предохранить от промерзания, то его подготавливают к разработке рыхлением, разрезкой на блоки или оттаиванием.

Рис. 1. Ударные приспособления для рыхления мерзлого грунта: а - шар-молот; б - клин-молот; в - клин-молот с зубьями; г - клин-молот конусный

Разработку грунта экскаватором с ковшом емкостью 0,5 м3 при толщине мерзлого грунта до 0,35 м и экскаватором с ковшом емкостью 1-2 м3 при толщине мерзлого грунта до 0,4 м производят без предварительного рыхления.

При большей глубине промерзания производится предварительное рыхление грунта ударными приспособлениями (рис. 139), подвешенными к стреле экскаватора-драглайна или к решетчатой стреле, смонтированной на тракторах С-80 и С-100, шар-молотом при глубине промерзания 0,4-0,5 м и клин-молотом массой 1-3 т при глубине промерзания до 0,6-0,7 м, который разрыхляет за смену до ПО м3 мерзлого грунта.

За последнее время все большее распространение получает весьма эффективный способ рыхления мерзлого грунта при помощи дизель-молота и клина, установленных в качестве сменного оборудования на экскаваторах (рис. 140) и тракторах. С помощью дизель-молота произвоаят рыхление мерзлого грунта на глубину до 1,3 м в радиусе 5 м. Производительность установок, оборудованных дизель-молотом, ioU-200 м3 мерзлого грунта за смену.

Эффективным способом механической подготовки к разработке мерзлого грунта является устройство в мерзлом грунте прорезей.

Для этого на траншейном экскаваторе ЭТ-352 вместо ковшовой рамы устанавливают сменное оборудование из двух цепных бар (цепей с резцами от врубовой машины). Каждый бар имеет резцы, на рабочие грани которых наплавлен сталинит. С помощью бар в мерзлом грунте делают прорези. Производительность экскаватора ЭТ-352, оборудованного барами, 52-61 м3 в смену.

Для резания мерзлого грунта применяют и другие механизмы-дисковые пилы, роторные экскаваторы с ковшами, оборудованными зубьями с формой клыков для скалывания мерзлого грунта.

Рис. 2. Установка дизель-молота С-222 с клином на экскаваторе Э-652: 1 - клин; 2 - дизель-молот; 3 - направляю - дизель-молот; 3 – дизель-молота

Рис. 3. Резание мерзлого грунта цепными барами, установленными на траншейном экскаваторе ЭТ-352

При больших объемах работ на площадках, расположенных вдали от жилых и промышленных зданий, и при глубине промерзания более 1 м наиболее целесообразным и экономичным является взрывной способ рыхления грунта. При небольших объемах работ и неглубоком промерзании предварительное рыхление грунта осуществляют также пневматическими молотками и перфораторами. При невозможности применения взрывного или механического способа рыхления грунта его оттаивание производят электропрогревом, прогреванием паром, горячей водой или огневым способом. Электропрогрев грунта осуществляют горизонтальными и вертикальными электродами. При значительной глубине промерзания грунта используют глубинные электроды. Для этого мерзлый грунт прогревают электрическим током при помощи металлических электродов, расположенных горизонтально в виде струи в слое опилок, смоченных раствором поваренной соли или хлористого кальция. Применение горизонтальных электродов целесообразно при отогревании про-мерзшего грунта на глубину до 0,5-0,7 м, а также если вертикальные электроды нельзя применить вследствие невозможности забивки их в грунт.

При введений вертикальных электродов из круглой стали в грунт достигается отогрев сразу на более значительную глубину. Сверху грунт прикрывают опилками или соломенными матами.

Рис. 4. Схема электропрогрева грунта: а - установка горизонтальных (струнных) электродов; б - то же, вертикальных (стержневых); 1 - мерзлый грунт; 2 - горизонтальные электроды; 3 - опилки, смоченные раствором соли; 4 - провода, подводящие ток; 5 - верхнее утепление; 6 - вертикальные электроды

Вначале электроды устанавливают на глубину до 0,25 м, а после обогрева в течение 2-6 ч опускают еще на 0, 2-0,25 м и отогревают грунт на полную глубину.

В плане электроды располагаются на расстоянии 0,4-0,8 м и проводами соединяются с распределительным щитом. iMecTO электроотогрева грунта должно быть ограждено.

Для оттаивания грунтов паром или горячей водой применяют паровые или водяные циркуляционные иглы, устанавливаемые в скважины, пробуренные на глубину 0,7 толщины промерзшего слоя. Во избежание насыщения основания водой, нарушения структуры и понижения несущей способности грунта оттаивание его паром применяют в исключительных случаях.

При разработке траншей для оттаивания грунта эффективно применение агрегата, работающего на жидком топливе с паровым дутьем.

На выровненную трассу траншеи укладывают внахлестку 6 коробов (имеющих внутри по две стальные распорки), засыпаемых слоем 15-20 см шлака или песка. Под головной короб устанавливают форсунку с поддоном, укрепленную на салазках, и соединяют ее шлангами с топливным бачком и бачком-парообразователем, заливаемым на 3/4 водой, добавляемой через каждые 30-40 мин работы агрегата. На поддоне под бачком-парообразователем зажигают пропитанную соляровым маслом ветошь и открывают кран топливного бачка. Пар из бачка, проходя через форсунку, распыляет топливо и удлиняет факел пламени, засасывая воздух под короба. Прогреваемый участок грунта длиной 8 м и шириной 1 м за 6-8 ч оттаивает на глубину 20- 30 см. В конце смены агрегат убирают и на поверхность прогретого грунта насыпают слой опилок толщиной 20 см. Через 10-12 ч после этого грунт дополнительно оттаивают на глубину до 1 м.

При наличии газа отогревание грунта может быть произведено при помощи специальной горелки, присоединенной гибким шлангом к газовой сети.

Рис. 5. Агрегат для оттаивания грунта системы Г. Грот-Криваля и Е. Ефименко: 1 - головная секция короба из стали 6 8 - 10 мм; 2- торцовая заслонка; 3- форсунка; 4- шланг для горючего; 5 - бачок для горючего; 6 - паровой шланг; 7 - патрубок для заливки воды; 8 - паровой бачок из стали 6-8 мм или из трубы И 200-250 мм; 9 - промежуточные секции коробов из стали 3-. 4 мм; 10 - вытяжная труба 22 см и длиной 2,5 м из стали б 3-4 мм; 11 – хвостовой короб

Выбор способа выполнения земляных работ в зимних условиях производится исходя из объема работ, наличия на строительной площадке свободных энергетических ресурсов - электроэнергии, газа, пара, топлива, горячей воды и сравнения технико-экономических показателей, в которых основными являются трудоемкость и стоимость производства подготовки грунта к разработке.

С наступлением зимних холодов начинается промерзание грунта, глубина которого зависит от температуры окружающего воздуха, свойств грунта, скорости потока грунтовых вод. Промерзание грунтов сопровождается ростом их механической прочности.

Зная заранее место будущего строительства, еще в осенний период можно провести работы, в результате которых глубина промерзания зимой уменьшится. К таким работам относятся: устройство водоотводных канав, вспашка и боронование поверхностного слоя, утепление его шлаком, опилками, торфом, соломой или другими теплоизоляционными материалами. Если же по условиям производства работ перечисленные мероприятия не проводились или из-за сильных морозов оказались неэффективными и грунт промерз настолько, что не поддается разработке землеройными машинами, необходимо провести его рыхление или оттаивание.

Рис. 1. Машины для резания мерзлых грунтов:
а - трехбаровый механизм на базе экскаватора; б - дискофрезная машина на базе трактора

После ряда взаимно перпендикулярных проходок мерзлый слой грунта оказывается разрезанным на прямоугольные блоки и поддается разработке землеройными машинами.

Рис. 2. Разработка разрезанного на блоки мерзлого грунта:
а - экскаватором; б - бульдозером; 1 - мерзлый грунт; 2 - талый грунт

Оттаивание мерзлых грунтов может проводиться несколькими способами. К числу их относится оттаивание горячим паром, который подается под уложенный на грунт утепленный короб или по плоским батареям труб, закрытых теплоизоляционными матами. Оттаивание может проводиться также с помощью забитых в грунт электродов, подключенных к сети электрического тока. Нередко грунт оттаивают открытым огнем с помощью установок, работающих на жидком или газообразном топливе.

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.

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.

Производство земляных работ в зимних условиях

Производство земляных работ в зимних условиях допускается, если это обеспечивает эффективность всего строительного процесса и своевременное выполнение строительно-монтажных работ. В этот период разрабатывают выемки и резервы в сухих песках, гравиино-галечных и скальных породах, возводят насыпи из сосредоточенных резервов, разрабатывают сухие выемки глубиной более 3 м из глинистых грунтов, устраивают насыпи из песчаных грунтов на болотах, дренажные прорези, производят вымораживание и т. д.

Особенностями проведения земляных работ в зимнее время являются отрицательная температура воздуха, наличие снега и льда. Промерзание грунтов осложняет их разработку, транспортирование, укладку и уплотнение. Удорожание строительства, вызываемое зимними работами, должно компенсироваться.

Выполнение земляных работ в зимний период позволяет продлить строительный сезон и вместе с тем повысить темпы строительства и обеспечить равномерное использование рабочих средств механизации. При этом производство работ в этих условиях не должно приводить к снижению качества, устойчивости и долговечности дороги.

В летнее время должны быть подготовлены основания под насыпи - расчищены полосы от леса с корчевкой пней, убраны валуны, спланировано и уплотнено естественное основание. Кроме того, подготавливаются грунтовые карьеры и выемки, которые будут разрабатываться зимой (корчевка деревьев, срезка кустарника, строительство подъездных путей, устройство теплоизолирующих слоев на поверхности карьеров и выемок).

Грунты от промерзания предохраняют следующим образом:
до наступления морозов грунты, подлежащие разработке зимой, защищают от промерзания укладкой слоя материала с низкой теплопроводностью, рыхлением (вспашкой) или обработкой солями, понижающими температуру замерзания воды;
в процессе производства работ уплотняющий слой снимают только на участке, достаточном по своим размерам для работы СКМ в течение смены, с таким расчетом, чтобы отрытый грунт до его разработки не успел промерзнуть;
разрабатывать грунт следует на максимально сжатом фронте работ.

Способ защиты грунтов от промерзания и технологию его разработки выбирают путем технико-экономического сравнения различных вариантов, возможных в данных условиях.

Эффективность действия утепляющих слоев зависит от их толщины и теплопроводности применяемых материалов, температуры воздуха, скорости ветра, времени, в течение которого необходимо защищать грунт от промерзания, и т. д.

Эффективность утепления повышается при укладке изолирующих слоев заблаговременно до наступления отрицательных температур. Чем выше температура грунта в момент утепления, тем длительнее будет процесс его остывания и, следовательно, он дольше сохранится в этом состоянии.

Утепляющие слои из рыхлых материалов (опилок, соломы, мха, тор-» Фа) необходимо предохранять от уплотнения, вызываемого движением транспортных или строительных машин, так как с повышением плотности этих материалов снижаются их теплоизоляционные свойства.

Простейший и наиболее экономичный способ предупреждения глубокого промерзания грунтов - их предварительное рыхление до наступления морозов, осуществляемое перекрестной вспашкой тракторными плугами или прицепными рыхлителями на глубину 25-35 см. После вспашки производят боронование на глубину 10-15 см. Поры разрыхленного грунта, заполненные воздухом, уменьшают его теплопроводность.

Промерзание разрыхленного грунта происходит медленнее, чем окружающего плотного грунта. Мерзлый слой разрыхленного грунта обладает малой прочностью и относительно легко поддается разработке экскаваторами или бульдозерами. Утепляющее действие разрыхленного грунта усиливается при накоплении на нем снега. Утепление грунтов рыхлением обычно применяют на участках, намеченных к разработке в течение первой трети зимы.

Один из способов предохранения грунта от замерзания - обработка его химическими добавками, понижающими температуру замерзания воды. Чаще всего для этой цели применяют соли СаС12 и NaCl. Обработка грунта заключается в розливе на его поверхности растворов этих солей. Проникая в грунт, соляные растворы снижают температуру замерзания влаги, находящейся в грунте, и этим защищают его от промерзания. Слой грунта, пропитанный соляными растворами, в свою очередь, защищает от промерзания нижележащие слои.

Этот способ обработки фунтов применяют при необходимости Задержать промерзание на короткий срок в начале зимы или в комплексе с другими способами: рыхлением грунта, усиленным снегозадержанием или устройством утепляющих слоев из дешевых местных материалов.

Для успешной разработки грунтов в зимнее время и подготовки мерзлого слоя к экскавации применяют следующие способы:
экскаваторную обработку, в том числе специальным сменным оборудованием;
механические (динамическими и статическими рыхлителями, блочный способ);
оттаивание (поверхностное, радиальное и глубинное);
предохранение грунтов от промерзания.

Каждый из указанных способов может быть применен при устройстве котлованов, траншей и вертикальной планировке, за исключением оттаивания, которое вследствие высокой стоимости может быть использовано только при небольших объемах земляных работ.

Область эффективного использования экскаваторов и другого оборудования (статических и динамических рыхлителей и т. п.) на мерзлых грунтах зависит от конструктивного исполнения оборудования, физико-механических свойств мерзлого грунта и глубины его промерзания.

Наиболее экономичным способом рыхления мерзлого грунта в большинстве случаев является взрывной. Сущность его заключается в дроблении мерзлого слоя на мелкие глыбы и комья путем взрыва размещенных в заранее пробуренном в этом слое скважинах взрывчатых веществ (ВВ).

Рыхление мерзлых грунтов этим способом следует применять при глубине промерзания грунта h более 0,4 м (преимущественно на незастроенных участках, а на застроенных - с применением укрытий и локализато-ров взрыва).

При рыхлении мерзлого грунта на глубину до 1,5 м, а также при доработке откосов и оснований котлованов и траншей следует применять шпуровой и щелевой методы, а при h > 1,5 м - скважинный или щелевой методы.

Бурение скважин в нескальных грунтах скважинным методом осуществляется буровыми станками винтового типа. При глубине рыхления мерзлого грунта до 2 м применяют сосредоточенные заряды, а при большой глубине - рассредоточенные.

Щели в мерзлом грунте во избежание получения негабаритных кусков обычно нарезают на расстоянии 0,9 м одна от другой при использовании экскаваторов с ковшами вместимостью до 0,65 м3; на расстоянии до 1- 1,2 м - при применении более крупных экскаваторов. Щели нарезают на глубину промерзания грунта щеленарезными машинами фрезерного типа или баровыми машинами.

При производстве взрывных работ необходимо заранее рассчитать величину заряда, т. е. количество взрывчатых веществ, закладываемых в одном месте. Величина заряда ВВ, предназначенного для взрыва определенного объема грунта, зависит от ряда факторов:
расположения заряда по отношению к дневной (открытой поверхности) грунта;
прочности грунта;
вида применяемых взрывчатых веществ и формы заряда;
заданного выброса (задан ли взрыв на выброс или же только на рыхление);
количества или взаимного расположения зарядов и т. д.

Точно учесть влияние всех этих факторов заранее весьма трудно. Поэтому предварительно рассчитывают величину заряда приближенно по эмпирическим формулам, а затем уточняют ее пробными взрывами.

Величину удельного заряда q различных ВВ предварительно назначают по справочникам и затем уточняют опытным путем.

Сопротивление мерзлых грунтов взрыванию существенно изменяется в зависимости от их температуры и влажности при замерзании. Удельный расход В В зависит также от глубины и диаметра шпура. В большинстве случаев с уменьшением толщины мерзлого слоя и, следовательно, с уменьшением величины единичного заряда удельный расход ВВ возрастает.

Располагают шпуры на площади, предназначенной для производства взрывных работ, в шахматном порядке с расстояниями между шпурами, равными.примерно,0W-,2W{vm. 8.45). Меньшие расстояния принимают при наличии тяжелых глинистых грунтов.

Глубина шпуров должна быть 0,8-0,9 толщины мерзлого слоя, диаметр - 40-70 мм. Шпуры больших диаметров используют при большей толщине мерзлого слоя.

Рис. 8.45. Схема расположения шпуров при рыхлении мерзлых фунтов взрывами:
Н - глубина забоя; Л - толщина мерзлого слоя; I, - расстояние между шпурами; 12 - расстояние между рядами шпуров

В ряде случаев дробить мерзлые грунты взрывами нельзя по условиям техники безопасности: на территории населенных пунктов и промышленных предприятий, вблизи линий связи, железных дорог, линий электропередач и т. д. При небольшой толщине мерзлого слоя взрывные работы могут оказаться нерентабельными из-за повышения удельного расхода взрывчатых веществ и относительного роста затрат времени на бурение, заряжание и производство взрывов.

В таких условиях обычно применяют механическое рыхление мерзлых грунтов машинами. Рабочие органы машин разрушают монолитные слои мерзлых грунтов ударами, резанием или сколом.

В зависимости от назначения и конструктивных особенностей все машины можно разделить на две группы.

К первой группе относятся землеройные и землеройно-транс-портные машины, предназначенные в основном для выполнения земляных работ в летнее время, но имеющие прочность рабочего оборудования и мощность двигателей, достаточные для рыхления мерзлых грунтов, залегающих слоями ограниченной толщины (в большинстве случаев менее 20-40 см). К таким машинам относятся экскаваторы (прямая лопата) с геометрической вместимостью ковша более 0,5-1,0 м3 и бульдозеры, преимущественно гусеничные, с мощностью двигателей от 90 кВт и более.

Экскаватором с прямой лопатой вместимостью 0,65 м3 в средних условиях можно разрабатывать грунт, промерзший с поверхности на глубину до 25 см, а с лопатой вместимостью более 1 м3 - 40 см.

Возможности использования экскаваторов для разработки мерзлого грунта значительно повышаются при применении так называемых ковшей активного действия. Особенность их заключается в том, что они имеют подвижные ударные зубья, установленные в полой передней стенке ковша. Эти зубья действуют подобно электромолоткам или пневматическим молоткам. Они включаются в работу при определенном (повышенном) сопротивлении погружению ковша в грунт. Экскаваторами с такими ковшами вместимостью 0,7 м3 можно разрабатывать мерзлые слои толщиной 0,5-0,8 м.

Бульдозеры используют для разрушения способом подламывания снизу мерзлых слоев толщиной до 20-25 см.

В отдельных случаях для разработки тонких слоев слабосмерзшихся песчаных грунтов используют также большегрузные скреперы. Воздушно-сухие песчаные грунты смерзаются слабо, не образуя прочных монолитов. В начале зимы при глубине промерзания менее 15-20 см их можно разрабатывать непосредственно скреперами. При большой толщине и прочности мерзлого слоя его необходимо предварительно рыхлить бульдозерами или рыхлителями.

Ко второй группе относят машины, имеющие оборудование, специально.предназначенное для рыхления мерзлых грунтов. Таким оборудованием являются тяжелые металлические отливки шаровой или клинообразной формы, мощные прицепные или навесные рыхлители, баровые машины. С их помощью можно разрыхлять слои мерзлого грунта толщиной 0,8-1,4 м, а иногда и более.

Наиболее простой вид оборудования для рыхления мерзлых грунтов ударной нагрузкой - чугунные или стальные шары-молоты (рис. 8.46, а) массой 1,5-4 т, которые подвешивают на канате к стреле крана или экскаватора и затем сбрасывают на разрыхляемый грунт с высоты 3-5 м и более.

Более совершенным подвесным оборудованием к экскаваторам являются различные клин-молоты (рис. 8.46, б), представляющие собой массивные металлические отливки, имеющие в нижней части острый угол. Их сбрасывают так, чтобы они при падении откалывали куски мерзлого грунта. Наибольшую производительность в мерзлых связных грунтах клин-молоты имеют при угле заострения 25-30°. При разработке несвязных мерзлых грунтов угол может быть увеличен до 35°. При меньших углах заострения клин легче погружается в мерзлый грунт, но не всегда откалывает мерзлые глыбы, так как расклинивающее усилие может оказаться недостаточным. При большом угле заострения возрастает расход энергии на смятие мерзлого грунта и уменьшается глубина погружения клина. Клин-молотом массой 3-4 т, сбрасываемым с высоты 8-10 м, можно дробить слои мерзлого грунта толщиной 0,8-1,4 м.

Недостатками применения свободно падающих отливок любой формы, закрепленных на тросе, являются низкая производительность, износ троса и самого экскаватора.

Рис. 8.46. Ударное оборудование экскаваторов:
а - шар-молот; б - клин-молот; 1 - подъемный канат; 2 - тяговый канат

В гражданском строительстве, особенно при рытье траншей для различных трубопроводов, с успехом используются машины, разрабатывающие мерзлые грунты по способу нарезания в них узких щелей и затем скола ослабленного грунта между щелями. В дорожном строительстве подобные машины применяют редко.

Значительно чаще при разработке резервов и карьеров в зимних условиях применяют различного рода прицепные и навесные рыхлители, производящие послойное рыхление мерзлых грунтов. Одностоечные рыхлители на тягачах мощностью 200 кВт и более за несколько проходов рыхлят слои мерзлого грунта толщиной до 1,0 м. Эффективность применения их повышается при объединении в одной конструкции рыхлящего зуба и пневмомолота и работе зуба в виброударном режиме.

Недостаток работы мощных одностоечных рыхлителей - разделение грунта на крупные глыбы, зачастую требующее дополнительного дробления.

Во всех случаях разработки мерзлых грунтов необходимо учитывать дальнейшее использование его после рыхления. Для разрыхленного мерзлого грунта величина глыб ограничивается только размерами ковша используемого экскаватора. При укладке грунта в насыпь размеры получаемых при отколе кусков не должны превосходить размеров, допускаемых техническими указаниями из условий уплотнения отсыпаемых слоев (15-30 см).

Выбор машин и оборудования для рыхления мерзлых грунтов определяется в основном глубиной промерзания, прочностью мерзлого слоя и стоимостью производства работ. В начале зимнего периода может быть использовано большинство из перечисленных выше машин и оборудования. При малой толщине мерзлых слоев чаще всего используют экскаваторы и бульдозеры. Этими машинами производят как рыхление мерзлых поверхностных слоев, так и разработку расположенных ниже талых грунтов.

К атегория: - Механизация строительства земляного полотна

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.