Разработка грунта в зимнее время.

Глубина промерзания (hnp) грунта в основном зависит от его теплофизических свойств, интенсивности и продолжительности воздействия отрицательных температур. По формуле профессора А. Н. Будникова где λ - коэффициент теплопроводности грунта;

Т - среднесуточная температура воздуха в зимний период; Z - количество суток с отрицательной температурой на момент определения hnp; Cn - коэффициент, учитывающий влияние снежного покрова на снижение глубины промерзания; при толщине снежного покрова 10, 20, 40 см значение Сп соответственно равно 0, 5; 0, 4; 0, 3.

Для ориентировочного определения h^ можно пользоваться графиком, приведенным на рис. 11.32, а. Для глинистых грунтов величины, указанные на графике, следует брать с поправочным коэффициентом 0, 8, а для песчаных и супесей — 1, 2.

Учитывая, что при замерзании механическая прочность грунта, а следовательно, и трудоемкость разработки, резко возрастают, экономически целесообразно (если позволяют обстоятельства) проводить мероприятия по предварительной защите грунта от промерзания, обеспечивающие его разработку в талом виде. Средства для разработки мерзлых грунтов представлены на рис. 11.32.

Предохранение грунта от промерзания выполняют задолго до наступления холодов путем его вспахивания с боронованием, глубокого рыхления, укрытия утепляющими материалами и химической обработки. Для вспахивания грунта применяют различные плуги с глубиной рыхления не менее 35 см и рыхлители с глубиной рыхления 50-70 см. Затем грунт боронуется на глубину 15-20 см. При глубоком рыхлении (на глубину 1, 3-1, 5 м) используют одноковшовые экскаваторы с ковшом вместимостью 0, 4-0, 65 м3, при этом грунт разрабатывается навымет и укладывается на место смежной (предыдущей) проходки. В качестве утепляющих материалов используются местные материалы: сухие листья, торф, опилки, солома, камыш, шлак и др.

Могут применяться и полимерные материалы: пленки, пенопласт и т.п. Иногда грунт перед вспахиванием подвергают химической обработке, т.е. прибегает к пропитке поверхностного слоя грунта хлористым кальцием и натрием, нитрит-нитратом натрия, которые понижают температуру замерзания воды в грунте (до -30°С). Однако когда грунт не удалось своевременно предохранить от замерзания и по графику работ грунты необходимо разрабатывать в зимнее время, т.е. в мерзлом состоянии, то в этом случае приходится либо их оттаивать, либо разрабатывать в мерзлом виде с использованием специальных средств и методов.

Способы оттаивания мерзлых грунтов различны (рис. 11.33) и основаны на том, что за счет теплоты, передаваемой в слой мерзлого грунта, растапливается лед в его порах и грунт делается талым. Оттаивание грунтов применяется при малых объемах работ, в стесненных условиях, труднодоступных местах и в случаях, когда нельзя использовать более экономичные и менее энергоемкие способы. Оттаивание грунта осуществляется как с помощью естественных источников тепла - солнечного тепла, тепла воды из естественных водоемов, так и искусственных -за счет сжигания твердого, жидкого или газообразного топлива, использования пара или электроэнергии. Выбор способа оттаивания и источника тепла производят путем технико-

экономического сравнения с учетом условий района строительства. По направлению распространения тепла в грунте можно выделить следующие три основных способа оттаивания: сверху вниз (поверхностный); снизу вверх (глубинный); по радиальному направлению.

Поверхностное оттаивание производят либо с использованием естественных источников тепла, либо искусственных - горячими газами (огневой способ), в тепляках, отражательными печами,

горизонтальными электродами, химическим способом (рис. 11.33, а, б). Оттаивание химическим способом предусматривает введение в грунт раствора хлористого натрия, под действием которого в порах мерзлого грунта растворяются кристаллы льда.

Глубинное и радиальное оттаивание осуществляют гидравлическим, циркуляционными водяными, паровыми и электрическими иглами, а также электродами (рис. 11.33, в-з).

Рыхление и разработку грунтов в мерзлом состоянии осуществляют взрывным или механическим способом. Взрывной (шпуровой или щелевой) способ является одним из основных способов подготовки мерзлых грунтов к разработке экскаваторами. Он особенно эффективен при глубинах промерзания 0, 4-1, 5 м и более и при значительных объемах разработки мерзлых грунтов. Его

применяют преимущественно на незастроенных участках, а на застроенных — с использованием укрытий и локализаторов взрыва (тяжелых пригрузочных платформ). 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 одна от другой нарезают щеленарезными машинами фрезерного типа или баровыми машинами. Заряжают щели через одну удлиненными или сосредоточенными зарядами, после чего их сверху забивают песком. Шпуры и скважины располагают в шахматном порядке. При рыхлении грунта взрывным способом (рис. 11.34, а) участок разбивают на три захватки, где на первой из них бурят шпуры, заряжают и взрывают их; на второй работы по условиям безопасности не производят; на третьей ведут разработку грунта. Размеры захваток определяют исходя из сменной производительности эскаватора.

Механическое рыхление мерзлых грунтов применяют при глубине промерзания 0, 4-1, 5 м и небольших по площади выемках котлованов и траншей. При этом осуществляют дробление или скол мерзлого слоя динамическим или статическим воздействием специального

сменного рабочего оборудования, установленного на базовой машине (тракторе, экскаваторе и т.п.). Динамическое воздействие обеспечивают за счет удара, вибрации или совместного их воздействия с применением шара- или клина-молота, дизель-молотов, клиновых тракторных рыхлителей и др. Для рыхления мерзлого грунта механическим способом при разработке котлованов используют навесные (статические) рыхлители и землеройно-фрезерные машины, а также баровые машины (для нарезки мерзлого грунта на блоки), а при разработке траншей -

дисковые экскаваторы, фрезерные и баровые машины; при вертикальной планировке площадки - навесные рыхлители. Эти машины работают обычно вместе с экскаваторами, которые разрабатывают как разрыхленный мерзлый, так и немерзлый (талый) грунт.

При небольшой глубине промерзания грунта его рыхлят тракторными рыхлителями продольными проходками под углом 60°. Разрыхленный грунт перемещают бульдозером в торец котлована и экскаватором грузят на самосвалы.

При большой глубине промерзания часто практикуют блочные методы разработки мерзлых грунтов. Обычно используют мелко- и крупноблочные методы разработки грунтов. Мелкоблочный метод (рис. 11.34, б) применяют при рытье небольших котлованов и траншей

при глубине промерзания 0, 6—1, 4 м. Продольными и поперечными прорезями дискофрезерной машины или барами разрезают мерзлый слой на блоки размером от 0, 6х 0, 8 до 1 х 1, 1 м, а затем экскаватором с прямой лопатой (вместимость ковша 0, 65-1 м3) грузят мерзлые блоки и разрабатывают талый грунт. Крупноблочный метод используют при разработке котлованов вблизи зданий или сооружений, когда не допускают сотрясения грунта неизбежные при ударном и виброударном рыхлении. Мерзлые грунты нарезают на блоки массой 4-10 т с последующим удалением их из забоя бульдозерами (рис. 11.34, в), кранами (рис. 11.34, г) или электролебедками. При использовании кранов блоки отрывают и отодвигают от талого основания бульдозерами, а затем с помощью клещевого захвата грузят на самосвалы со снятым задним бортом (рис. 11.34, г). Выемки при этом разбивают на две захватки: на первой нарезают блоки, а на второй их краном удаляют и подчищают основание. Способы разработки траншей в зимнее время следующие: разработка траншеи в задел; с предохранением грунта от промерзания; без

предварительной подготовки; с предварительным рыхлением. Разработку траншей в задел (т.е. заблаговременно) на полный профиль производят в осенний период до наступления морозов. Траншеи без предварительной подготовки разрабатывают в тех случаях, когда имеются необходимые технические условия. В стране создано несколько типов экскаваторов, приспособленных для разработки траншей в мерзлых грунтах. Они оснащены специальным режущим инструментом в виде клыков, зубьев или коронок со вставками из твердого

сплава, укрепляемых на ковшах экскаваторного ротора. При глубине промерзания до 0, 3 м траншеи можно разрабатывать одноковшовыми экскаваторами, а в грунтах с глубиной промерзания до 1, 5 м их на полный профиль можно отрывать роторными экскаваторами.

Способ разработки траншеи с предварительным рыхлением грунта взрывным или механическим способом применяют при промерзании грунта на глубину более 0, 4 м. Рыхление производят шпуровыми зарядами или с помощью рыхлителей.

Темпы ведения земляных работ при рытье траншей в зимнее время необходимо строго согласовывать с темпами изоляционно-укладочных работ на трубопроводе, так как при опережении земляных работ даже на 2—3 дня возникает опасность смерзания отвала грунта.

При разработке траншей в мерзлых грунтах чаще всего используется несколько типов машин, каждая из которых подготовляет фронт работ для машин, выполняющих последующие операции. При глубине промерзания до 1, 3 м траншеи, неширокие котлованы (до 8 м), можно разработать обратными лопатами с ковшом вместимостью 0, 65 м3 и выше при предварительном нарезании прорезей через 0, 4-0, 5 м баровой машиной. Причем при ширине траншей до 2 м достаточно

сделать продольные прорези вдоль траншей (рис. 11.35, а), а при ширине более 2 м делают и поперечные прорези под углом 30°, нарезая при этом блоки в виде ромбов (рис. 11.35, б). Широкие траншеи или котлованы (шириной до 8 м) разрабатывают двумя торцовыми проходками экскаватора (рис. 11.35, в). При разработке широких траншей для прокладки коллекторов в мерзлых грунтах при значительной глубине промерзания обычно применяют баровые машины, экскаваторы с клинмолотом и экскаваторы с обратной лопатой, как это показано на примере отрывки траншеи шириной поверху 6 и понизу 4 м и

глубиной 4 м при глубине промерзания грунта 1, 7 м (рис. 11.35, г). Пример разработки траншеи прямоугольного сечения шириной 3 и глубиной 2, 7 м в грунт с промерзанием 2, 1 м приведен на рис. 11.35, д. Засыпка траншей с трубопроводами в зимних условиях. Если строительство трубопроводов осуществляется поточно-совмещенным методом (трубопровод укладывается в траншею непосредственно после ее разработки), обратную засыпку его талым грунтом

осуществляют бульдозером, как и в обычных условиях. В случае смерзания грунта в отвале, например при нарушении поточности, трубопровод в траншее во избежание повреждения изоляции присыпают на высоту не менее 0, 2 м выше трубы талым грунтом. Дальнейшую засыпку

трубопровода мерзлым грунтом, не содержащим комьев более 5-10 см, выполняют бульдозерами.