→ 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.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГПОУ "Краснокаменский промышленно-технологический техникум"

Реферат

по предмету "Обустройство дорог"

на тему " Особенности производства земляных работ в условиях низких температур и в период жаркой погоды "

Выполнил

студент 3 курса группы ТД-38

Стрельников Иван Владимирович

г. Краснокаменск - 2016

• Введение
• 1. Производство земляных работ в условиях низких температур
• 1.1 Особенности грунта в зимнее время
• 1.2 Предохранение грунта от промерзания
• 1.3 Способ защиты грунтов
• 1.4 Способы рыхления грунта
• 1.4.1 Взрывной способ
• 1.4.2 Механизированный способ
• 1.5 Оттаивание грунтов
• 1.6 Требования к оттаиванию и рыхлению грунта
• 1.7 Способы устройства насыпей из связных грунтов
• 2. Производство земляных работ в период жаркой погоды
• 2.1 Особенности земляных работ в жаркую погоду
• 2.2 Рациональный способ разработки грунтов
• 2.3 Разработка траншей бульдозерами
• Заключение
• Используемая литература

Введение

Темой реферата является "Особенности производства земляных работ в условиях низких температур и в период жаркой погоды".

Данная тема представляет особую актуальность в современном мире, так как производство земляных работ имеет огромное значение (интерес) для государства и в целом для всего мира, так как строительство зданий, различных сооружений, дорог и всего того, что связано с разработкой грунтов очень важно для людей и для проживания на земле.

Цель работы: рассмотрение особенностей земляных работ в условиях низких температур и в период жаркой погоды.

Для достижения цели будут решаться следующие задачи: выяснить особенности грунта в зимнее время; узнать, как предохранять грунт от промерзания, каковы способы защиты и рыхления грунтов; выяснить, каковы виды и способы оттаивания грунтов; каковы требования к оттаиванию и рыхлению; каковы способы использования для насыпей из связных грунтов. Также необходимо выяснить вопрос о производстве земляных работ в период жаркой погоды, об его особенностях, о способах разработки грунтов в летнее время, как идёт разработка траншей бульдозерами.

1. Производство земляных работ в условиях низких температур

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, гравийно-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.

1.1 Особенности грунта в зимнее время

Производство земляных работ в зимнее время имеет особенности, связанные с изменением физико-механических свойств грунта под действием низких температур, и требует систематического контроля за качеством их выполнения. При отрицательной температуре увлажненные грунты смерзаются и образуют монолитную массу, трудно поддающуюся разрушению.

Разработка мерзлых грунтов является наиболее трудоемким процессом зимних строительных работ. Она требует осуществления подготовительных мероприятий и применения наиболее совершенных механизмов и приспособлений, а также способов работ, обеспечивающих техническую и экономическую целесообразность производства земляных работ в зимних условиях.

Грунт становится устойчиво мерзлым через 5-20 дн. по наступлению зимнего периода и сохраняет это состояние в течение 30-15 дн. после его окончания. Эти ориентировочные сроки относятся соответственно к северным и южным районам Советского Союза.

В холодное время грунты, особенно глинистые, промерзают вследствие замерзания воды, заключающейся в их порах. Мерзлый грунт обладает значительной вязкостью, благодаря чему осложняется его разработка ударными инструментами. Вязкость мерзлого грунта увеличивается при повышении процента содержания в нем незамерзшей воды. Поверхность грунта, подлежащего разработке в зимних условиях, до наступления холодов защищают от промерзания. Используют следующие способы: вспахивание и боронование, глубокое рыхление, обвалование, удержание снежного покрова, устройство утепляющего слоя из дешевых местных материалов (опилок, торфа, шлака) и т.п. Если эти меры не были приняты своевременно или оказались недостаточными, то употребляют механическое рыхление или отогревание мерзлого грунта.

По своему состоянию мерзлые грунты подразделяются следующим образом: твердомерзлые, прочно сцементированные льдом, характеризующиеся относительно хрупким разрушением; пластично-мерзлые, сцементированные льдом связные грунты, обладающие вязкопластичными свойствами вследствие наличия в них незамерзшей воды; сыпучемерзлые, не сцементированные льдом несвязные грунты. К последним относятся песчаные и гравелисто-галечниковые грунты, разработка которых почти не отличается от разработки талых.

Глубина промерзания грунта зависит от его теплотехнических свойств, интенсивности и продолжительности воздействия отрицательных температур. Для глинистых грунтов следует вводить коэффициент 0,8, а для песков и супесей - коэффициент 1,2. Механическая прочность грунтов при замерзании значительно возрастает. Сопротивление мерзлого грунта на сжатие в 3-4 раза больше, чем на растяжение, поэтому твердомерзлые грунты целесообразно разрабатывать не путем раздавливания, а способом скалывания.

При повышении температуры мерзлые связные грунты теряют хрупкость и приобретают пластично-мерзлые свойства при резком падении механической прочности. Разрыхленный грунт при понижении температуры может снова замерзнуть, при этом время начала замерзания грунта (в зависимости от температуры наружного воздуха) составляет: при -5°С - 90 мин, при -10, -20, -30°С - соответственно 60, 40 и 20 мин.

1.2 Предохранение грунта от промерзания

Предохранение грунта от промерзания производят поздней осенью после окончания дождливого периода, но до выпадения первого снега и наступления устойчивой отрицательной температуры. Его осуществляют путем создания утепляющего слоя из предварительно разрыхленного грунта или из дешевых теплоизоляционных материалов. Предварительное рыхление грунта производят плугами и рыхлителями на глубину не менее 35 см с последующим боронованием. Небольшие площади (дно котлована, траншеи и т.п.) предохраняют от промерзания путем укрытия грунта слоем утеплителя (опилками, шлаком, листьями и прочими дешевыми теплоизоляционными материалами). Защиту грунта от промерзания на больших площадях разработки осуществляют задержанием снега.

1.3 Способ защиты грунтов

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, торфа) необходимо предохранять от уплотнения, вызываемого движением транспортных или строительных машин, так как с повышением плотности этих материалов снижаются их теплоизоляционные свойства.

1.4 Способы рыхления грунта

1.4.1 Взрывной способ

Для рыхления мерзлого грунта используют тяжелые рыхлители, ударные приспособления, которыми оборудуют экскаваторы, а также специальные машины и механизмы. При глубоком промерзании грунта его рыхление производят взрывным способом. Особенно эффективным считается способ массового взрыва на выброс. Рыхление мерзлых грунтов взрывами целесообразно использовать при больших объемах работ на площадках, расположенных вдали от жилых домов и промышленных зданий, и при глубине промерзания более 0,6 м.

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 ВВ 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.

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 1)

Рис. 1. Схема расположения шпуров при рыхлении мерзлых фунтов взрывами: Н - глубина забоя; Л - толщина мерзлого слоя; I, - расстояние между шпурами; 12 - расстояние между рядами шпуров

1.4.2 Механизированный способ

Разработка мерзлого грунта экскаваторами возможна при небольшой глубине промерзания. Так, экскаваторы, оборудованные прямой лопатой с ковшом вместимостью 0,65 мі, могут разрабатывать мерзлую корку толщиной до 25 см, с ковшом 0,35 мі - до 15 см. Проходку траншей при глубине промерзания 0,7-0,8 м можно вести роторным экскаватором или траншейным цепным экскаватором со специальным сменным оборудованием.

Для борьбы с наледью ковши оборудуются электронагревательными приборами или вибраторами.

Применение строительной техники, не рассчитанной на работу в северных условиях строительства, приводит к быстрому износу, частым поломкам и чрезмерным затратам на ее ремонт. При низких отрицательных температурах наблюдается быстрый выход из строя гидравлических систем и резиновых покрышек машин, повышенная хрупкость деталей. Нецелесообразно также использование экскаваторов как базовой машины в качестве рыхлителя ударного действия ввиду сокращения срока их службы. Один рыхлитель Д-652АС используется эффективнее и производительнее 20 механических молотов, навешенных на экскаваторы Э-652.

Из-за высокой абразивности мерзлых грунтов резко увеличивается износ металла режущих органов землеройных машин, в 4-6 раз возрастает удельная энергоемкость разработки мерзлых грунтов, поэтому в некоторых случаях (особенно в крайне стесненных площадках) при производстве ремонтно-строительных работ при условии соблюдения техники безопасности для рыхления мерзлых грунтов используется взрывной способ. Перспективным направлением разработки мерзлых грунтов является использование рыхлителей статического действия и диско-фрезерных машин. Для рыхления мерзлых грунтов перед экскавацией используют баровые землеройные машины и переоборудованные для этой цели траншейные экскаваторы. Применение механизированных методов разработки мерзлых грунтов позволяет уменьшить долю объемов работ, выполняемых с помощью ударных органов, навешиваемых на экскаваторы (шар-молот, клин-баба, "торпеда"), и использовать экскаваторы по прямому назначению - для разработки грунтов.

При ограниченных объемах земляных работ в стесненных условиях мерзлый грунт разрушают механизированным инструментом (отбойные молотки, термобуры, высокочастотные электромеханические устройства, взрывной инструмент и др.) или применяют высокомобильные малогабаритные рабочие органы на пневмоколесных тракторах (винтовой мерзлоразрыхлитель, подпружиненный клин-молот (рис 2), машины ударного действия, торцовые фрезы с вибратором крутильных колебаний и др.).

Рис. 2. Рыхление мерзлого грунта с помощью дизель-молота с клином земляная работа грунт зимний

При механических способах разработки мерзлого грунта длину захватки определяют с учетом часовой производительности рыхлителей, температуры воздуха и скорости ветра. Зимой для перевозки грунта применяют автомобили-самосвалы с металлическими кузовами. Чем ниже температура воздуха, тем тяжелее разгружать их кузова вследствие смерзания грунтов с металлом. В районах со среднемесячной температурой января не ниже -10 °С при перевозке грунтов, содержащих глинистых частиц до 10 %, следует обогревать кузова отработанными газами. Под более низкой температуре воздуха и особенно при сыпучих материалах с влажностью выше оптимального значения, находящихся в контакте с металлической поверхностью до 5 ч, внутреннюю поверхность кузова надо смазывать растворами хлористых солей, обсыпать шлаком, формовочными песками или другими сыпучими материалами при каждом рейсе.

Если температура приближается к -50 °С, то кузов нуждается в смазывании маслянистыми профилактическими жидкостями (отработанными автолом, нигролом и другими противоморозными реагентами) через 3-7 рейсов. При температуре до - 20 °С можно применять азотнокислый натрий, натриевую или кальциевую селитру, мочевину и многие другие реагенты с концентрацией от 30 до 50 %. При засыпке траншей или возведении верхней части насыпей зимой применяют, как уже говорилось, преимущественно песчаные грунты, легче разрабатываемые зимой, чем связные, вследствие меньшей их влажности.

Пески при отрицательной температуре, но не ниже -0,5°С уплотняются хорошо. Таким образом, упрощается технология работ при использовании песчаных грунтов.

Представляет интерес использование для разрушения рыхлых мерзлых грунтов ручного высокочастотного электротермомеханического устройства, который основан на совместном использовании высокочастотной и механической энергии. Ручной высокочастотный нож оснащен высокочастотным генератором и рабочим органом - парой плоских электродов, сходящихся под острым углом. Электроды выполняют двойную функцию: излучателя электромагнитной энергии и механического клина. Масса инструмента 5 кг, скорость проходки щелей до 40 см/с.

В последние годы для разрушения мерзлых и скальных грунтов находят полезное применение гидромолоты, навешиваемые в качестве сменного рабочего оборудования на гидравлические экскаваторы. Если глубина промерзания грунта не более 1,3 м, то рыхление выполняется за один проход, при большей глубине - слоями по 0,9-1,0 м с уборкой разрыхленного слоя. Для послойного рыхления мерзлых и плотных грунтов и скальных трещиноватых пород применяют навесные рыхлители статического и динамического действия, землеройно-фрезерные машины, вибровальцовые рыхлители. Наибольшей производительностью обладают серийно выпускаемые навесные рыхлители, особенно при работах линейного характера, при глубине промерзания 0,6-1 м. Имеются также экспериментальные образцы рыхлителей с рабочим органом - стальным валом со сменными клиновидными наконечниками или навесным оборудованием в виде комплекта пневмомолотков.

1.5 Оттаивание грунтов

Оттаивание мерзлых грунтов проводят при невозможности взрывного или механического способа рыхления и при малых объемах работ. Оттаивание грунта осуществляют, прогревая его паром, горячей водой, с помощью электрического тока или огня. В зависимости от способа подвода тепла от нагревателей к грунту различают 3 вида оттаивания: поверхностное, радиальное, глубинное.

Возможны следующие способы теплового оттаивания грунта:

огневой, открытым огнем, при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива;

радиационный, с использованием полимерной пленки. Применяют в весеннее время;

электрический - высокочастотный или низкочастотный. Низкочастотный в свою очередь бывает высоковольтным и низковольтным;

пароводяной;

гидравлический.

Подготовку к разработке мерзлых грунтов с помощью оттаивания следует применять в стесненных условиях, труднодоступных местах и при незначительных объемах работ (до 50 мі), а также при невозможности использования других, более экономичных способов. При глубине промерзания грунта более 0,4 м его оттаивание лучше производить радиальным (глубинным) методом, устанавливая нагреватели в толщине мерзлого грунта.

Огневой способ малоэффективен и применяется только при наличии отходов топлива и небольших объемах работ. Расход топлива составляет по 3 кг условного топлива на 1 мІ поверхности при глубине протаивания 0,6 м.

Для электрооттаивання применяют поверхностные, вертикальные и глубинные электроды. Последние наиболее эффективны. Электроды изготовляют из стального проката диаметром 10-25 мм, длиной 1 м и более. Шаг электродов при оттаивании грунта -0,4-0,6 м. Для глубинного электропрогрева используют трубчатые электроды с перфорацией, через которые в грунт заливают электролит (4%-ный раствор хлорида натрия и хлорида кальция).

Расход электроэнергии при поверхностном оттаивании составляет 90-120, радиальном - 70-90 в зависимости от характеристики грунтов.

Для районов со средней месячной температурой наружного воздуха -15 °С и глубиной промерзания до 1,5 м продолжительность глубинного оттаивания составляет 10-12 ч.

Прогрев грунта производят с помощью нагревательных приборов в виде игл (рис 3), устанавливаемых в пробуренных в мерзлом слое скважинах. Иглы могут быть электрические, водяные циркуляционные и паровые. Электрические иглы делают из труб длиной 1,5 м, внутри которых размешают электрические нагревательные элементы сопротивления из нихромовой проволоки. Устанавливают иглы в пробуренные скважины.

Водяные иглы требуют устройства специальной котельной, а теплопроводы - постоянного надзора, так как в сильные морозы возможно их замерзание. Водяные и паровые иглы неэкономичны и используются очень редко. При меньшей глубине промерзания допускается применять способ поверхностного оттаивания.

Рис. 3. а - паровая игла; б - водяная игла; в - электрические иглы; г - электроды, расположенные горизонтально; д - то же, вертикально.

При этом способе грунт не увлажняется, однако требуется большое количество теплоты.

Однако при всех способах прогрева не следует стремиться к оттаиванию всего объема замерзшего грунта. Например, нижняя часть слоя мерзлого грунта толщиной 15-20 см может быть оставлена в мерзлом состоянии и разрыхлена при выемке грунта экскаваторами. Это ускоряет производство земляных работ и снижает расход тепла.

1.6 Требования к оттаиванию и рыхлению грунта

грунт земляной траншея бульдозер

Оттаивание и рыхление грунта производят последовательно, по участкам, размеры которых назначают исходя из суточной производительности землеройных машин. При этом необходимо так организовать производство земляных работ, чтобы разработка подготовленного грунта производилась круглосуточно во избежание промерзания грунта во время перерывов (передача смен, ремонт механизмов и другие операции).

В процессе обратной засыпки котлованов необходимо следить за тем, чтобы объем мерзлых комьев в грунте, которым засыпаются пазухи между стенками котлована и возведенным в нем фундаментом, не превышал 15% общего объема засыпки. Нельзя применять мерзлый грунт при засыпке пазух внутри здания.

Для обеспечения указанных требований грунт, подлежащий использованию для обратной засыпки котлована, укладывают в отвалы, при этом должны быть предусмотрены необходимые мероприятия, исключающие его промерзание.

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 мі; 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.

Устройство в зимнее время насыпей из скальных, гравелистых и песчаных маловлажных грунтов, сохраняющих свою сыпучесть при промерзании, осуществляют такими же способами, как и в летнее время, но не допуская образования в насыпи прослоек неубранного снега, наледи и скоплений мерзлых комьев. Число проходок средств укатывания грунта, как правило, уточняют опытным путем.

При выборе длины захватки помимо температуры воздуха, свойств грунта и содержания мерзлых комьев, а также наличия землеройной техники необходимо учитывать и скорость ветра: чем выше скорость, тем быстрее смерзаются грунтовые агрегаты, поэтому продолжительность уплотнения грунта назначают с учетом норм.

Наибольшую длину захватки l м, уплотнения грунта определяют по формуле

l =П(Т-Ттр-Тр)60bh

где П - производительность комплекта уплотняющих машин, мі/ч;

Т - время, в течение которого грунт после разработки еще пригоден к уплотнению, мин;

Ттр - время перевозки грунта одним автомобилем-самосвалом, мин;

Тр -продолжительность его разгрузки, мин;

b и h - соответственно ширина и толщина уплотняемого слоя.

Дальность возки грунта устанавливают из условия неизбежных теплопотерь, но когда его еще можно уплотнять на захватке минимальной длины.

Насыпи из связных грунтов возводят с учетом их уплотнения и осадки после оттаивания из расчета 5 % их высоты в суровых природных условиях и 3 % высоты в годы с мягкими зимами.

1.7 Способы устройства насыпей из связных грунтов

При устройстве в зимнее время насыпей из связных грунтов применяют несколько способов.

Укладка грунта в воду. Используют в основном при возведении плотин. Для укладки в воду применяют связные грунты, обеспечивающие консолидацию насыпи в течение 5-6 мес.

Грунт, укладывают в специальные прудки слоями 3 м и более. При температуре ниже-10 °С воду в прудке подогревают специальными установками. Для уменьшения теплоотдачи прудков поверхность воды укрывают пенополистирольными плитами.

Укладка талого грунта "насухо" с послойным уплотнением. Данным способом укладывают любой глинистый грунт с оптимальной влажностью слоями 0,4-0,45 м в рыхлом теле. Свежеуложенный и спланированный грунт обрабатывают концентрированным раствором хлористого натрия или хлористого кальция из расчета 1-3 л/мі в зависимости от температуры наружного грунта. Обработанный солевым раствором грунт уплотняют катками на пневматиках за 8-10 проходов. Приемка грунта, его разравнивание, обработка растворами и уплотнение происходят непрерывно по мере поступления грунта в зону укладки. Обычного деления зоны укладки на отдельные карты (приемка, разравнивание, уплотнение и т. д.) нет. Весь цикл обработки грунта при температуре наружного воздуха-40 °С длится не более 1,5-2 ч, при температуре -20 °С - 5-6 ч. Если необходимо, поверхность укладываемой карты и особенно основание укладываемого слоя обрабатывают теплом.

Наклонный способ отсыпки грунта, который позволяет уменьшить размеры карт, а следовательно, уменьшить охлаждение и промораживание грунта. В зависимости от высоты насыпи и ее профиля отсыпка осуществляется скрепером на всю высоту или ярусами. Процесс отсыпки ведут непрерывно - на одном участке принимают и разравнивают грунт, на другом - уплотняют. Рекомендуемая толщина слоя -0,2 м. Карту отсыпки перекрывают следующим слоем грунта до начала его промерзания, поэтому размеры участков карты назначают в зависимости от интенсивности отсыпки грунта и температуры воздуха.

При данном способе рекомендуется в необходимых случаях применять обработку грунта хлоридами из расчета 0.5-2 л/мі и теплом.

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).

2. Производство земляных работ в период жаркой погоды

2.1 Особенности земляных работ в жаркую погоду

Высокая температура, низкая влажность и сильные ветры (суховеи) приводят к пересыханию и затвердеванию почвы, при разработке увеличивается запыленность воздуха, снижающая производительность и ухудшающая эксплуатационные качества землеройно-транспортных машин. Поэтому при составлении схем движения землеройно-транспортных машин и автотранспортных средств необходимо учитывать господствующее направление ветра, организуя их рабочее движение против направления ветра или под углом к нему.

2.2 Рациональный способ разработки грунтов

Наиболее рациональным способом разработки грунтов в этих условиях является предварительное их увлажнение (если это возможно) до оптимальных значений, что снижает запыленность воздуха и облегчает разработку грунта. Увлажнение грунта до оптимальной влажности дает высокий эффект и при его уплотнении.

2.3 Разработка траншей бульдозерами

При разработке траншей бульдозерами рекомендуют применять продольно-поперечную и поперечно-челночную схемы движения (рис. 4). По первой схеме разработку грунта производят два бульдозера: один в продольном направлении разрабатывает грунт, а второй поперечными ходами перемещает его в отвал, грунт при этом равномерно укладывается по всей бровке траншеи, что облегчает обратную засыпку.

Рис. 4. Схемы движения бульдозеров: а - продольно-поперечный; б - поперечно-челночный; № 1, №2, № 3 - бульдозеры

По поперечно-челночной схеме грунт разрабатывают двумя бульдозерами, двигающимися навстречу друг другу от концов захватки к середине, а третий бульдозер перемещает его в отвал. Длину захватки принимают в пределах 50 м. Недостатком этой схемы является сосредоточение отвала на середине траншеи, что потом затрудняет обратную засыпку.

Сыпучий песок рекомендуют разрабатывать и перемещать при спаренной работе нескольких бульдозеров, которые при этом двигаются параллельно с одинаковой скоростью на расстоянии от 0,3 до 0,5 м друг от друга, уменьшая боковые потери грунта.

Значительный эффект достигается при разработке супесей и суглинков самоходными скреперами ДЗ-13 и ДЗ-15 с применением трактора-толкача, который повышает наполнение ковша вдвое и на столько же уменьшает путь его загрузки.

Заключение

Итак, подводя итоги работы, делаем вывод, что тема реферата "Особенности производства земляных работ в условиях низких температур и в период жаркой погоды" раскрыта. Доказано, что она актуальна. Производство земляных работ в зимних условиях допускается, если это обеспечивает эффективность всего строительного процесса и своевременное выполнение строительно-монтажных работ.

Выполнение земляных работ в период жаркой погоды имеет свои особенности, которые должны быть учтены при проектировании производства работ.

Цель работы достигнута, так как в работе были рассмотрены особенности земляных работ в условиях низких температур и в период жаркой погоды.

При достижении цели решались следующие задачи: выяснить особенности грунта в зимнее время; узнать, как предохранять грунт от промерзания, каковы способы защиты и рыхления грунтов; выяснить, каковы виды и способы оттаивания грунтов; каковы требования к оттаиванию и рыхлению; каковы способы использования для насыпей из связных грунтов, выяснить вопрос о производстве земляных работ в период жаркой погоды, об его особенностях, о способах разработки грунтов в летнее время, как идёт разработка траншей бульдозерами.

Используемая литература

1. Кремнева Е.Г. Производство земляных работ. Практикум. М.2008

2. Неклюдов М.К. Механизация уплотнения грунтов. М. Стройиздат. 1985

3. Справочное пособие. Производство земляных работ.

4. Черкашин В.А. Разработка мёрзлых грунтов. Ленинград. Стройиздат. 1986

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Расчет рабочих отметок, контура и объемов земляных работ. Средства механизации производства земляных работ. Разработка технологической карты и графика ведения бульдозерных, скреперных, экскаваторных работ. Ведение земляных работ в особых условиях.

курсовая работа , добавлен 17.02.2011


Определение объема земляных работ из условия баланса земляных масс и среднего расстояния транспортирования грунта. Планирование комплексного механизированного производства работ. Определение схемы движения и марки экскаватора для разработки котлована.

курсовая работа , добавлен 23.06.2009


Определение объемов земляных работ. Расчет средней дальности перемещения грунта при вертикальной планировке площадки. Выбор комплектов машин для разработки грунта. Необходимые работы при мерзлых грунтах. Операционный контроль качества строительных работ.

курсовая работа , добавлен 18.04.2015


Виды земляных сооружений. Характеристика подготовительных, вспомогательных и основных земляных работ. Способы разработки грунта. Разработка грунта одно- и многоковшовыми экскаваторами, землеройно-транспортными машинами. Гидромеханизация земляных работ.

презентация , добавлен 20.04.2014


Определение размеров котлована под фундамент здания. Разработка грунта в котловане экскаватором. Календарный план производства земляных работ. Планировка дна котлована бульдозером и вручную. Расчет объемов земляных работ. Калькуляция трудовых затрат.

курсовая работа , добавлен 29.11.2012


Планировка строительной площадки. Объем земляных работ, подбор техники для их производства. Подбор скреперов для перемещения грунта из выемки в насыпь, экскаватора для рытья котлована и автосамосвалов для вывозки грунта. Технология размораживания грунтов.

курсовая работа , добавлен 16.12.2012


Определение объема земляных работ из условия баланса земляных масс. Определение расстояния транспортирования грунта. Планирование комплексного механизированного производства работ. Определение схемы движения и марки экскаватора для разработки котлована.

курсовая работа , добавлен 11.08.2010


Определение черных и красных рабочих отметок и контура земляных работ. Подсчет объемов земляных работ при планировке площадки. Составление баланса земляных масс и картограммы. Выбор средств механизации производства. Правила по технике безопасности.

курсовая работа , добавлен 17.02.2016


Разработка грунта, его перемещение, укладка и уплотнение. Расчет объемов земляных работ. Выбор способа производства работ и комплекса машин. Использование прицепного и самоходного скреперов. Способы борьбы с грунтовыми водами при разработке котлована.

курсовая работа , добавлен 05.10.2012


Подсчет объемов земляных работ. Выбор способов их производства путем технико-экономического сравнения. Определение границ между насыпью и выемкой. Комплект машин для разработки траншей, обратной засыпки и уплотнения грунта. Расчет забоя экскаватора.

Значительная часть территории России расположена в зонах с продолжительной и суровой зимой. Однако строительство осуществляется круглогодично, в этой связи около 15% общего объема земляных работ приходится выполнять в зимних условиях и при мерзлом состоянии грунта. Особенность разработки грунта в мерзлом состоянии за ключается в том, что при замерзании грунта механическая прочность его возрастает, а разработка затрудняется. Зимой значительно возрастает трудоемкость разработки грунта (ручных работ в 4...7 раз, механизированных в 3...5 раз), ограничивается применение некоторых механизмов - экскаваторов, бульдозеров, скреперов, грейдеров, в то же время выемки зимой можно выполнять без откосов. Вода, с которой много неприятностей в теплое время года, в замерзшем состоянии становится союзником строителей. Иногда отпадает необходимость в шпунтовых ограждениях, практически всегда в водоотливе. В зависимости от конкретных местных условий используют следующие методы разработки грунта:

■ предохранение грунта от промерзания с последующей разработкой обычными методами;

■ оттаивание грунта с разработкой его в талом состоянии;

■ разработка грунта в мерзлом состоянии с предварительным рыхлением;

■ непосредственная разработка мерзлого грунта.

5.11.1. Предохранение грунта от промерзания

Этот метод основан на искусственном создании на поверхности участка, намеченного к разработке в зимнее время, термоизоляционного покрова с разработкой грунта в талом состоянии. Предохранение проводится до наступления устойчивых отрицательных температур, с заблаговременным отводом с утепляемого участка поверхностных вод. Применяют следующие способы устройства термоизоляционного покрытия: предварительное рыхление грунта, вспахивание и боронование грунта, перекрестное рыхление, укрытие поверхности грунта утеплителями и др.

Предварительное рыхление грунта, а также вспахивание и боронование осуществляется накануне наступления зимнего периода на участке, предназначенном для разработки в зимних условиях. При рыхлении поверхности грунта верхний слой приобретает рыхлую структуру с заполненными воздухом замкнутыми пустотами, обладающими достаточными теплоизоляционными свойствами. Вспашку производят тракторными плугами или рыхлителями на глубину 30...35 см с последующим боронованием на глубину 15...20 см. Такая обработка в сочетании с естественно образующимся снеговым покровом отдаляют начало промерзания грунта на 1,5 мес, а на последующий период уменьшают общую глубину промерзания примерно на 73. Снеговой покров может быть увеличен перемещением снега на участок бульдозерами или автогрейдерами или установкой перпендикулярно направлению господствующих ветров нескольких рядов снегозащитных заборов из решетчатых щитов размером 2 X 2 м на расстоянии 20...30 м ряд от ряда.

Глубинное рыхление производят экскаваторами на глубину 1,3. ..1,5 м путем перекидки разрабатываемого грунта на участке, где в последующем будет располагаться земляное сооружение.

Перекрестное рыхление поверхности на глубину 30...40 см, второй слой которого располагается под углом 60...900, а каждая последующая проходка выполняется с нахлесткой на 20 см. Такая обработка, включая снежный покров, отодвигает начало замерзания грунта на 2.5.. .3.5 мес., резко снижается общая глубина промерзания.

Предварительная обработка поверхности грунта механическим рыхлением особенно эффективна при утеплении этих участков земли.

Укрытие поверхности грунта утеплителями. Для этого используют дешевые местные материалы - древесные листья, сухой мох, торфяная мелочь, соломенные маты, стружки, опилки, снег. Наиболее простой способ - укладка этих утеплителей толщиной слоя 20...40 см непосредственно по грунту. Такое поверхностное утепление применяют в основном для небольших по площади выемок.

Укрытие с воздушной прослойкой. Более эффективным является использование местных материалов в сочетании с воздушной прослойкой. Для этого на поверхности грунта раскладывают лежни толщиной 8.. .10 см, на них горбыли или другой подручный материал - ветки, прутья, камыши; по ним сверху насыпают слой опилок или древесных стружек толщиной 15...20 см с предохранением их от сдувания ветром. Такое укрытие чрезвычайно эффективно в условиях срединной России, оно фактически предохраняет грунт от промерзания в течение всей зимы. Целесообразно площадь укрытия (утепления) увеличивать с каждой стороны на 2...3 м, что предохранит грунт от промерзания не только сверху, но и сбоку.

С началом разработки грунта вести его надо быстрыми темпами, сразу на всю необходимую глубину и небольшими участками. Утепляющий слой при этом нужно снимать только на разрабатываемой площади, в противном случае при сильных морозах будет быстро образовываться мерзлая корка грунта, затрудняющая производство работ.

5.11.2. Метод оттаивания грунта с разработкой его в талом состоянии

Оттаивание происходит за счет теплового воздействия и характеризуется значительной трудоемкостью и энергетическими затратами. Применяется в редких случаях, когда другие методы недопустимы или неприемлемы - вблизи действующих коммуникаций и кабелей, в стесненных условиях, при аварийных и ремонтных работах.

Способы оттаивания классифицируются по направлению распространения теплоты в грунте и по применяемому теплоносителю (сжигание топлива, пар, горячая вода, электричество). По направлению оттаивания все способы делятся на три группы.

Оттаивание грунта сверху вниз. Теплота распространяется в вертикальном направлении от дневной поверхности вглубь грунта. Способ наиболее прост, практически не требует подготовительных работ, наиболее часто применим на практике, хотя с точки зрения экономного расхода энергии наиболее несовершенен, так как источник теплоты размещается в зоне холодного воздуха, поэтому неизбежны значительные потери энергии в окружающее пространство.

Оттаивание грунта снизу вверх. Теплота распространяется от нижней границы мерзлого грунта к дневной поверхности. Способ наиболее экономичный, так как опаивание происходит под защитой мерзлой корки грунта и теплопотери в пространство практически исключены. Потребная тепловая энергия может быть частично сэкономлена за счет оставления верхней корки грунта в промерзшем состоянии. Она имеет наиболее низкую температуру, поэтому требует больших затрат энергии на опаивание. Но этот тонкий слой грунта в 10...15 см будет беспрепятственно разработан экскаватором, для этого вполне хватит мощности машины. Главный недостаток этого способа в необходимости выполнения трудоемких подготовительных операций, что ограничивает область его применения.

Радиальное оттаивание грунта занимает промежуточное положение между двумя предыдущими способами по расходу тепловой энергии. Теплота распространяется в грунте радиально от вертикально установленных прогревных элементов, но для того, чтобы их установить и подключить к работе требуются значительные подготовительные работы.

Для выполнения оттаивания грунта по любому из этих трех способов необходимо участок предварительно очистить от снега, чтобы не тратить тепловую энергию на его оттаивание и недопустимо переувлажнять грунт.

В зависимости от применяемого теплоносителя существует несколько методов оттаивания.

Оттаивание непосредственным сжиганием топлива. Если в зимнее время необходимо выкопать 1...2 ямы, самое простое решение - обойтись простым костром. Поддерживание костра в течение смены приведет к оттаиванию грунта под ним на 30...40 см. Погасив костер и хорошо утеплив место прогрева опилками, оттаивание грунта внутрь будет продолжаться за счет аккумулированной энергии и за смену может достигнуть общей глубины до 1 м. При необходимости можно снова расжечь костер или разработать талый грунт и на дне ямы развести костер. Применяют способ крайне редко, так как только незначительная часть тепловой энергии расходуется продуктивно.

Огневой способ применим для отрывки небольших траншей, используется звеньевая конструкция (рис. 5.41) из ряда металлических коробов усеченного типа, из которых легко собирается галерея необходимой длины, в первом из них устраивают камеру сгорания твердого или жидкого топлива (костер из дров, жидкое и газообразное топливо с сжиганием через форсунку). Тепловая энергия перемещается к вытяжной трубе последнего короба, создающей необходимую тягу, благодаря которой горячие газы проходят вдоль всей галереи и грунт под коробами прогревается по всей длине. Сверху короба желательно утеплить, часто утеплителем используют талый грунт. После смены агрегат убирают, полосу оттаявшего грунта засыпают опилками, дальнейшее опаивание продолжается за счет аккумулированного в грунте тепла.

Электропрогрев. Сущность данного метода состоит в пропускании электрического тока через грунт, в результате чего он приобретает положительную температуру. Используют горизонтальные и вертикальные электроды в виде стержней или полосовой стали. Для первоначального движения электрического тока между стержнями необходимо создать токопроводящую среду. Такой средой может быть талый грунт, если электроды забить в грунт до талого грунта, или на поверхности грунта, очищенного от снега, насыпать слой опилок толщиной 15...20 см, смоченных солевым раствором с концентрацией 0,2-0,5%. Вначале смоченные опилки являются токопроводящим элементом. Под воздействием теплоты, генерируемой в слое опилок, верхний слой грунта нагревается, опаивает и сам становится проводником тока от одного электрода к другому. Под воздействием теплоты происходит оттаивание нижележащих слоев грунта. В последующем распространение тепловой энергии осуществляется в основном в толще грунта, опилочный слой только защищает обогреваемый участок от потерь теплоты в атмосферу, для чего слой опилок целесообразно накрыть рулонными материалами или щитами. Этот способ достаточно эффективен при глубине промерзания или оттаивания грунта до 0,7 м. Расход электроэнергии на отогрев 1 м3 грунта колеблется в пределах 150...300 кВт.ч, температура нагретых опилок не превышает 80...90 °С.

Рис. 5.41. Установка для оттаивания грунта жидким топливом:

а - общий вид; б - схема утепления короба; 1 - форсунка; 2 - утеплитель (обсыпка талым грунтом); 3 - короба; 4 - вытяжная труба; 5 - полость оттаявшего грунта

Оттаивание грунта полосовыми электродами, укладываемыми на поверхность грунта, очищенной от снега и мусора, по возможности выровненной. Концы полосового железа отгибают кверху на 15...20 см для подключения к электропроводам. Поверхность отогреваемого участка покрывают слоем опилок толщиной 15...20 см, смоченных раствором хлористого натрия или кальция консистенции 0,2...0,5%. Так как грунт в промороженном состоянии не является проводником, то на первой стадии ток движется по смоченным раствором опилкам. Далее отогревается верхний слой грунта и оттаявшая вода начинает проводить электрический ток, процесс со временем идет вглубь грунта, опилки начинают выполнять роль теплозащиты отогреваемого участка от теплопотерь в атмосферу. Опилки сверху обычно покрывают толем, пергамином, щитами, другими защитными материалами. Способ применим при глубине отогрева до 0,6...0,7 м, так как при больших глубинах напряжение падает, грунты менее интенсивно включаются в работу, значительно медленнее нагреваются. К тому же они достаточно пропитаны с осени водой, которая требует больше энергии для перехода в талое состояние. Расход энергии колеблется в пределах 50-85 кВт.ч на 1 м3 грунта.

Оттаивание грунта стержневыми электродами (рис. 5.42). Данный метод осуществляют сверху вниз, снизу вверх и комбинированным способами. При оттаивании грунта вертикальными электродами стержни из арматурного железа с заостренным нижним концом забиваются в грунт в шахматном порядке, обычно используя рамку 4x4 м с крестообразно натянутыми проволоками; расстояние между электродами оказывается в пределах 0,5-0,8 м.

Рис. 5.42. Оттаивание грунта глубинными электродами:

а - снизу вверх; б - сверху вниз; 1 - талый грунт; 2 - мерзлый грунт; 3 - электрический провод; 4 - электрод, 5 - слой гидроизоляционного материала; 6 - слой опилок; I-IV - слои оттаивания

При прогреве сверху вниз предварительно очищают от снега и наледи поверхность, стержни забивают в грунт на 20...25 см, укладывают слой опилок, пропитанных раствором солей. По мере прогрева грунта электроды забивают глубже в грунт. Оптимальной будет глубина прогрева в пределах 0,7... 1,5 м. Продолжительность оттаивания грунта воздействием электрического тока примерно 1,5...2,0 сут, после этого увеличение глубины оттаивания будет происходить за счет аккумулированной теплоты еще в течение 1...2 сут. Расстояние между электродами 40...80 см, расход энергии по сравнению с полосовыми электродами сокращается на 15...20% и составляет 40...75 кВт-ч на 1 м3 грунта.

При прогреве снизу вверх пробуривают скважины и вставляют электроды на глубину, превышающую глубину промерзшего грунта на 15...20 см. Ток между электродами идет по талому грунту ниже уровня промерзания, при нагреве грунт отогревает вышележащие слои, которые также включаются в работу. При этом методе применять слой опилок не требуется. Расход энергии составляет 15...40 кВт/ч на 1 м3 грунта.

Третий, комбинированный способ, будет иметь место при заглублении электродов в подстилающий талый грунт и устройстве на дневной поверхности опилочной засыпки, пропитанной солевым раствором. Электрическая цепь замкнется наверху и внизу, оттаивание грунта будет происходить сверху вниз и снизу вверх одновременно. Так как трудоемкость подготовительных работ при этом способе самая высокая, то его применение может быть оправдано лишь в исключительных случаях, когда требуется ускоренное оттаивание грунта.

Оттаивание токами высокой частоты. Этот метод позволяет резко сократить подготовительные работы, так как промерзший грунт сохраняет проводимость к токам высокой частоты, поэтому отпадает надобность в большом заглублении электродов в грунт и в устройстве опилочной засыпки. Расстояние между электродами может быть увеличено до 1,2 м, т. е. сокращено их количество почти в два раза. Процесс оттаивания грунта протекает относительно быстро. Ограниченное использование способа связано с недостаточным выпуском генераторов токов высокой частоты.

Одним из методов, которые в настоящее время утратили свою эффективность и вытеснены более современными, является оттаивание грунта паровыми или водяными иглами. Дня этого необходимо наличие источников горячей воды и пара, при малой, до 0,8 м глубине промерзания грунта. Паровые иглы представляют собой металлическую трубу длиной до 2 м и диаметром 25...50 мм. На нижнюю часть трубы насажен наконечник с отверстиями диаметром 2...3 мм. Иглы соединяют с паропроводом гибкими резиновыми шлангами при наличии на них кранов. Иглы заглубляют в скважины, предварительно пробуриваемые на глубину, приблизительно равную 70% глубины оттаивания. Скважины закрывают защитными колпаками, снабженные сальниками для пропуска паровой иглы. Пар подают под давлением 0,06...0,07 МПа. После установки аккумулированных колпаков прогреваемую поверхность покрывают слоем термоизоляционного материала, чаще всего опилок. Иглы располагают в шахматном порядке с расстоянием между центрами 1 1,5 м.

Расход пара на 1 м3 грунта составляет 50... 100 кг. За счет выделения паром в грунте скрытой теплоты парообразования прогрев грунта проходит особенно интенсивно. Этот метод требует расхода тепловой энергии примерно в 2 раза больше, чем метод вертикальных электродов.

Оттаивание грунта теплоэлектронагревателями. Данный метод основан на передаче теплоты мерзлому грунту контактным способом. В качестве основных технических средств применяются электро-маты, изготавливаемые из специального теплопроводящего материала, через который пропускают электрический ток. Прямоугольные маты, размеры которых могут закрывать поверхность от 4...8 м2, укладываются на оттаиваемый участок и подсоединяются к источнику электричества напряжением 220 В. При этом образующееся тепло эффективно распространяется сверху вниз в толщу мерзлого грунта, что приводит к его оттаиванию. Время, необходимое для оттаивания, зависит от температуры окружающего воздуха и от глубины промерзания грунта и в среднем составляет 15-20 ч.

5.11.3. Разработка грунта в мерзлом состоянии с предварительным рыхлением

Рыхление мерзлого грунта с последующей разработкой землеройными и землеройно-транспортными машинами осуществляют механическим или взрывным методом.

Механическое рыхление мерзлого грунта с использованием современных строительных машин повышенной мощности приобретает все большее распространение. В соответствии с требованиями экологии, перед зимней разработкой грунта необходимо в осенний период снять бульдозером слой растительного грунта с намеченного для разработки участка. Механическое рыхление базируется на резании, раскалывании или сколе мерзлого грунта статическим (рис. 5.43) или динамическим воздействием.

Рис. 5.43. Рыхление мерзлого грунта статическим воздействием:

а - бульдозером с активными зубьями, б - экскаватором-рыхлителем, 1 - направление хода рыхления

При динамическом воздействии на грунт осуществляется его раскалывание или сколы молотами свободного падения и направленного действия (рис. 5.44). Этим способом разрыхление грунта производят молотами свободного падения (шар- и клин-молотами), подвешенными на канатах на стрелы экскаваторов, либо молотами направленного действия, когда рыхление осуществляется сколом грунта. Рыхление механическим способом позволяет осуществлять его разработку землеройными и землеройно-транспортными машинами. Молоты массой до 5 т сбрасывают с высоты 5...8 м: молот в форме шара рекомендуется применять при рыхлении песчаных и супесчаных грунтов, клин-молоты - для глинистых (при глубине промерзания 0,5...0,7 м). В качестве молота направленного действия широко применяют дизель-молоты на экскаваторах или тракторах; они позволяют разрушать промороженный грунт на глубину До 1,3 м (рис. 5.45).

Статическое воздействие основано на непрерывном режущем Усилии в мерзлом грунте специального рабочего органа - зуба-рыхлителя, который может быть рабочим оборудованием гидравлического экскаватора «обратная лопата» или быть навесным оборудованием на Мощных тракторах.

Рыхление статическими рыхлителями на базе трактора подразумевает в качестве навесного оборудования специального ножа (зуба), режущее усилие которого создается за счет тягового усилия трактора.

Машины этого типа рассчитаны на послойное рыхление грунта на глубину 0,3...0,4 м. Число зубьев зависит от мощности трактора, при минимальной мощности трактора 250 л.с. используется один зуб. Разрыхление грунта осуществляют параллельными послойными проходками через 0,5 м с последующими поперечными проходками под углом 60...900 к предыдущим. Перемещение разрыхленного грунта в отвал осуществляют бульдозерами. Целесообразно навесное оборудование крепить непосредственно на бульдозер и использовать его для самостоятельного перемещения разрыхленного грунта (см. рис. 5.21). Производительность рыхлителя 15...20 м3/ч.

Способность статических рыхлителей послойно разрабатывать мерзлый грунт дает возможность использовать их независимо от глубины промерзания грунта. Современные рыхлители на базе тракторов с бульдозерным оборудованием благодаря своим широким технологическим возможностям находят широкое применение в строительстве. Это обусловлено их высокой экономичностью. Так, стоимость разработки грунта с применением рыхлителей по сравнению с взрывным способом рыхления в 2...3 раза ниже. Глубина рыхления этими машинами составляет 700...1400 мм.

Рис.5.45. Схема совместной работы дизель-молота и экскаватора «прямая лопата»

Рыхление мерзлых грунтов взрывом эффективно при значительных объемах разработки мерзлого грунта. Метод применяют преимущественно на незастроенных участках, и ограниченно застроенных - с использованием укрытий и локализаторов взрыва (тяжелых пригрузочных плит).

В зависимости от глубины промерзания грунта взрывные работы выполняют (рис. 5.46):

■ методом шпуровых и щелевых зарядов при глубине промерзания грунта до 2 м;

■ методом скважинных и щелевых зарядов при глубине промерзания свыше 2 м.

Шпуры просверливают диаметром 22...50 мм, скважины - 900...1100 мм, расстояние между рядами принимается от 1 до 1,5 м. Щели на расстоянии 0,9... 1,2 м одна от другой нарезают щеленарез-Выми мяптнями фрезерного типа или баровыми машинами. Из трех Соседних щелей взрывчатое вещество помещается только в среднюю, крайние и промежуточные щели служат для компенсации сдвига мерзлого грунта во время взрыва и для снижения сейсмического эффекта. Заряжают щели удлиненными или сосредоточенными зарядами, после чего их сверху засыпают талым песком. При качественном выполнении подготовительных работ в процессе взрывания мерзлый грунт полностью дробится, не повреждая стенок котлована или траншеи.

Рис. 5.46. Методы рыхления мерзлого грунта взрывом:

а - шпуровыми зарядами; б - то же, скважинными; в - то же, котловыми; г - то же, малокамерными; д, е - то же, камерными; ж - то же, щелевыми; 1 - заряд ВВ; 2 - забойка; 3 - грудь забоя; 4 - рукав; 5 - шурф; б - штольня; 7 - рабочая щель; 8 - компенсационная щель

Разрыхленный взрывами грунт разрабатывается экскаваторами или землеройно-транспортными машинами.

5.11.4. Непосредственная разработка мерзлого грунта

Разработка (без предварительного рыхления) может осуществляется двумя методами - блочным и механическим.

Блочный метод разработки применим для больших площадей и основан на том, что монолитность мерзлого грунта нарушается за счет разрезки его на блоки. С помощью навесного оборудования на тракторе - баровой машины грунт разрезают при взаимно-перпендикулярных проходках на блоки шириной 0,6...1,0 м (рис. 5.47). При малой глубине промерзания (до 0,6 м) достаточно сделать только продольные разрезы.

Баровые машины, осуществляющие нарезку щелей, имеют одну, две или три врубовые цепи, навешенные на тракторы или траншейные экскаваторы. Баровые машины позволяют прорезать в мерзлом грунте щели глубиной 1,2...2,5 м. Используют стальные зубья с режущей кромкой из прочного сплава, что продлевает срок их службы, а при износе или истирании позволяет быстро их заменить. Расстояние между барами принимается в зависимости от грунта через 60... 100 см. Разработку производят экскаваторами «обратная лопата» с ковшом большой вместимости или глыбы грунта волоком перемещают с разрабатываемой площадки в отвал бульдозерами или гранторами.

Рис.5.47. Схема блочной разработки грунта:

а - нарезка щелей баровой машиной; б - то же, с извлечением блоков трактором; в - разработка котлована с извлечением блоков мерзлого грунта при помощи крана; I - слой мерзлого грунта; 2 - режущие цепи (бары); 3 - экскаватор; 4 - щели в мерзлом грунте; 5 - нарезанные блоки грунта; 6 - перемещаемые с площадки блоки; 7 - столики крана; 8 - транспортное средство; 9 - клещевой захват; 10 - строительный кран; 11 - трактор

Механический метод основан на силовом, а чаще в сочетании с ударным или вибрационном воздействии на массив мерзлого грунта. Реализуется метод применением обычных землеройных и землеройно-транспортных машин и машин со специально разработанными для зимних условий рабочими органами (рис. 5.48).

Обычные серийные машины применяют в начальный период зимы, Когда глубина промерзания грунта незначительна. Прямая и обратная лопата могут разрабатывать грунт при глубине промерзания 0,25...0,3 м; с ковшом вместимостью более 0,65 м3-0,4 м; экскаватор драглайн - до 0,15 м; бульдозеры и скреперы в состоянии разрабатывать промерзший грунт на глубину до 15 см.

Рис. 5.48. Механический способ непосредственной разработки грунта:

а - ковш экскаватора с активными зубьями; б - разработка грунта экскаватором «обратная лопа-та» и захватно-клещевым устройством; в - землеройно-фрезерная машина; 1 - ковш; 2 - зуб ков-ша; 3 - ударник; 4 - вибратор; 5 - захватно-клещевое устройство; б - отвал бульдозера; 7 - гидроцилиндр для подъема и опускания рабочего органа; 8 - рабочий орган (фреза)

Для зимних условий разработано специальное оборудование для одноковшовых экскаваторов - ковши с виброударными активными зубьями и ковши с захватно-клещевым устройством. Затраты энергии на резание грунта примерно в 10 раз больше, чем на скалывание. Вмонтирование в режущий край ковша экскаватора виброударных механизмов, аналогичных по работе отбойному молотку, приносят хорошие результаты. За счет избыточного режущего усилия такие одноковшовые экскаваторы могут послойно разрабатывать массив мерзлого грунта. Процесс рыхления и экскавации грунта оказывается единым.

Разработку грунта осуществляют и многоковшовыми экскаваторами, специально разработанными для проходки траншей в мерзлом грунте. Для этой цели служит специальный режущий инструмент в виде клыков, зубьев или коронок со вставками из твердого металла, укрепляемых на ковшах. На рис. 5.48, а показан рабочий орган многоковшового экскаватора с активными зубьями для разработки скальных и мерзлых грунтов.

Послойную разработку грунта можно осуществлять специализированной землеройно-фрезерной машиной, снимающей стружку глубиной до 0,3 м и шириной 2,6 м. Перемещение разработанного мерзлого грунта производят бульдозерным оборудованием, входящим в комплект машины.

Непосредственная разработка мерзлого грунта

Метод оттаивания грунта с разработкой его в талом состоянии

Производство земляных работ в зимних условиях

Лекция 3.

Список использованных источников

1.СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты

2.СНиП 3.01.01-85 (с изм. 1 1987, 2 1995) Организация строительного производства

Производство работ в зимних условиях.

Значительная часть территории России расположена в зонах с про­должительной и суровой зимой. Однако строительство осуществляется круглогодично, в этой связи около 15% общего объема земляных ра­бот приходится выполнять в зимних условиях и при мерзлом состоя­нии грунта. Особенность разработки грунта в "мерзлом состоянии за­ключается в том, что при замерзании грунта механическая прочность его возрастает, а разработка затрудняется. Зимой значительно возрас­тает трудоемкость разработки грунта (ручных работ в 4...7 раз, механизированных в 3...5 раз), ограничивается применение некоторых ме­ханизмов - экскаваторов, бульдозеров, скреперов, грейдеров, в то же время выемки зимой можно выполнять без откосов. Вода, с которой много неприятностей в теплое время года, в замерзшем состоянии ста­новится союзником строителей. Иногда отпадает необходимость в шпунтовых ограждениях, практически всегда в водоотливе. В зави­симости от конкретных местных условий используют следующие ме­тоды разработки грунта:

■ предохранение грунта от промерзания с последующей разработ­кой обычными методами;

■ оттаивание грунта с разработкой его в талом состоянии;

■ разработка грунта в мерзлом состоянии с предварительным рых­лением;

■ непосредственная разработка мерзлого грунта.

2. Предохранение грунта от промерзания

Этот метод основан на искусственном создании на поверхности участка, намеченного к разработке в зимнее время, термоизоляционно­го покрова с разработкой грунта в талом состоянии. Предохранение проводится до наступления устойчивых отрицательных температур, с заблаговременным отводом с утепляемого участка поверхностных вод. Применяют следующие способы устройства термоизоляционного покрытия: предварительное рыхление грунта, вспахивание и боронова­ние грунта, перекрестное рыхление, укрытие поверхности грунта утеп­лителями и др.

Предварительное рыхление грунта , а также вспахивание и бороно­вание осуществляется накануне наступления зимнего периода на уча­стке, предназначенном для разработки в зимних условиях. При рых­лении поверхности грунта верхний слой приобретает рыхлую структуру с заполненными воздухом замкнутыми пустотами, обладающи­ми достаточными теплоизоляционными свойствами. Вспашку произ­водят тракторными плугами или рыхлителями на глубину 30...35 см с последующим боронованием на глубину 15...20 см. Такая обработка в сочетании с естетвенно образующимся снеговым покровом отдаля­ют начало промерзания грунта на 1,5 мес, а на последующий период уменьшают общую глубину промерзания примерно на 113. Снеговой покров может быть увеличен перемещением снега на участок бульдо­зерами или автогрейдерами или установкой перпендикулярно направ­лению господствующих ветров нескольких рядов снегозащитных за­боров из решетчатых щитов размером 2х2 м на расстоянии 20...30 м ряд от ряда.

Глубинное рыхление производят экскаваторами на глубину 1,3... 1,5 м пу­тем перекидки разрабатываемого грунта на участке, где в последую­щем будет располагаться земляное сооружение.

Перекрестное рыхление поверхности на глубину 30...40 см, второй слой которого располагается под углом 60...90°, а каждая последую­щая проходка выполняется с нахлесткой на 20 см. Такая обработка, включая снежный покров, отодвигает начало замерзания грунта на 2,5...3,5 мес, резко снижается общая глубина промерзания.

Предварительная обработка поверхности грунта механическим рыхлением особенно эффективна при утеплении этих участков земли.

Укрытие поверхности грунта утеплителями . Для этого использу­ют дешевые местные материалы - древесные листья, сухой мох, тор­фяная мелочь, соломенные маты, стружки, опилки, снег. Наиболее простой способ - укладка этих утеплителей толщиной слоя 20...40 см непосредственно по грунту. Такое поверхностное утепление применя­ют в основном для небольших по площади выемок.

Укрытие с воздушной прослойкой . Более эффективным является использование местных материалов в сочетании с воздушной прослой­кой. Для этого на поверхности грунта раскладывают лежни толщиной 8.-..10 см, на них горбыли или другой подручный материал - ветки, прутья, камыши; по ним сверху насыпают слой опилок или древесных стружек толщиной 15...20 см с предохранением их от сдувания ветром. Такое укрытие чрезвычайно эффективно в условиях срединной России, оно фактически предохраняет грунт от промерзания в течение всей зимы. Целесообразно площадь укрытия (утепления) увеличивать с ка­ждой стороны на 2...3 м, что предохранит грунт от промерзания не только сверху, но и сбоку.

С началом разработки грунта вести его надо быстрыми темпами, сразу на всю необходимую глубину и небольшими участками. Утепляющий слой при этом нужно снимать только на разрабатываемой площади, в противном случае при сильных морозах будет быстро об­разовываться мерзлая корка грунта, затрудняющая производство работ.

3. Метод оттаивания грунта с разработкой его в талом состоянии

Оттаивание происходит за счет теплового воздействия и характе­ризуется значительной трудоемкостью и, энергетическими затратами. Применяется в редких случаях, когда другие методы недопустимы или неприемлемы - вблизи действующих коммуникаций и кабелей, в стес­ненных условиях, при аварийных и ремонтных работах.

Способы оттаивания классифицируются по направлениюраспро­странения теплоты в грунте и по применяемому теплоносителю(сжигание топлива, пар, горячая вода, электричество). По направлению оттаивания все способы делятся на три группы.

Оттаивание грунта сверху вниз . Теплота распространяется в вер­тикальном направлении от дневной поверхности вглубь грунта. Спо­соб наиболее прост, практически не требует подготовительных работ, наиболее часто применим на практике, хотя с точки зрения экономно­го расхода энергии наиболее несовершенен, так как источник теплоты размещается в зоне холодного воздуха, поэтому неизбежны значитель­ные потери энергии в окружающее пространство.

Оттаивание грунта снизу вверх. Теплота распространяется от нижней границы мерзлого грунта к дневной поверхности. Способ наи­более экономичный, так как оттаивание происходит под защитой мерз­лой корки грунта и теплопотери в пространство практически исключены. Потребная тепловая энергия может быть частично сэкономлена за счет оставления верхней корки грунта в промерзшем состоянии. Она имеет наиболее низкую температуру, поэтому требует больших затрат энергии на оттаивание. Но этот тонкий слой грунта в 10... 15 см будет беспрепятственно разработан экскаватором, для этого вполне хватит мощности машины. Главный недостаток этого способа в необходимо­сти выполнения трудоемких подготовительных операций, что ограни­чивает область его применения.

Радиальное оттаивание грунта занимает промежуточное положение между двумя предыдущими способами по расходу тепловой энергии. Теплота распространяется в грунте радиально от вертикаль­но установленных прогревных элементов, но для того, чтобы их уста­новить и подключить к работе требуются значительные подготовительные работы. Для выполнения оттаивания грунта по любому из этих трех спосо­бов необходимо участок предварительно очистить от снега, чтобы не тратить тепловую энергию на его оттаивание и недопустимо переув­лажнять грунт.

В зависимости от применяемого теплоносителя существует не­сколько методов оттаивания.

Оттаивание непосредственным сжиганием топлива . Если в зимнее время необходимо выкопать 1...2 ямы, самое простое реше­ние - обойтись простым костром. Поддерживание костра в течение смены приведет к оттаиванию грунта под ним на 30...40 см. Погасив костер и хорошо утеплив место прогрева опилками, оттаивание грунта внутрь будет продолжаться за счет аккумулированной энергии и за смену может достигнуть общей глубины до 1 м. При необходимости можно снова расжечь костер или разработать талый грунт и на дне ямы развести костер. Применяют способ крайне редко, так как только незначительная часть тепловой энергии расходуется продуктивно.

Огневой способ применим для отрывки небольших траншей, ис­пользуется звеньевая конструкция (рис. 3.1) из ряда металлических коробов усеченного типа, из которых легко собирается галерея необ­ходимой длины, в первом из них устраивают камеру сгорания твер­дого или жидкого топлива (костер из дров, жидкое и газообразное то­пливо с сжиганием через форсунку). Тепловая энергия перемещается к вытяжной трубе последнего короба, создающей необходимую тягу, благодаря которой горячие газы проходят вдоль всей галереи и грунт под коробами прогревается по всей длине. Сверху короба желательно утеплить, часто утеплителем используют талый грунт. После смены агрегат убирают, полосу оттаявшего грунта засыпают опилками, дальнейшее оттаивание продолжается за счет аккумулированного в грунте тепла.

Электропрогрев . Сущность данного метода состоит в пропускании электрического тока через грунт, в результате чего он приобретает по­ложительную температуру. Используют горизонтальные и вертикаль­ные электроды в виде стержней или полосовой стали. Для первона­чального движения электрического тока между стержнями необходимо создать токопроводящую среду. Такой средой может быть талый грунт, если электроды

рода к другому. Под воздействием теплоты происходит оттаивание нижележащих слоев грунта. В последующем распростране­ние тепловой энергии осуществляется в основном в

толще грунта, опилочный слой только защищает обогреваемый участок от потерь тепло­ты в атмосферу, для чего слой опилок целесообразно накрыть рулон­ными материалами или щитами. Этот способ достаточно эффективен при глубине промерзания или оттаивания грунта до 0,7 м. Расход элек­троэнергии на отогрев 1 м 3 грунта колеблется в пределах 150...300 кВт.ч, температура нагретых опилок не превышает 80...90°С.

Оттаивание грунта полосовыми электродами, укладываемы­ми на поверхность грунта, очищенной от снега и мусора, по возмож­ности выровненной. Концы полосового железа отгибают кверху на 15...20 см для подключения к электропроводам. Поверхность отогре­ваемого участка покрывают слоем опилок толщиной 15...20 см, смо­ченных раствором хлористого натрия или кальция консистенции 0,2...0,5%. Так как грунт в промороженном состоянии не является про­водником, то на первой стадии ток движется по смоченным раствором опилкам. Далее отогревается верхний слой грунта и оттаявшая вода начинает проводить электрический ток, процесс со временем идет вглубь грунта, опилки начинают выполнять роль теплозащиты отогре­ваемого участка от теплопотерь в атмосферу. Опилки сверху обычно покрывают толем, пергамином, щитами, другими защитными материа­лами. Способ применим при глубине отогрева до 0,6...0,7 м, так как при больших глубинах напряжение падает, грунты менее интенсивно включаются в работу, значительно медленнее нагреваются. К тому же они достаточно пропитаны с осени водой, которая требует больше энергии для перехода в талое состояние. Расход энергии колеблется в пределах 50...85 кВт.ч на 1 м 3 грунта.

Оттаивание грунта стержневыми электродами (рис. 3.2). Данный метод осуществляют сверху вниз, снизу вверх и комбиниро­ванным способами. При оттаивании грунта вертикальными электрода­ми стержни из арматурного железа с заостренным нижним концом за­биваются в грунт в шахматном порядке, обычно используя рамку 4x4 м с крестообразно натянутыми проволоками; расстояние между элек­тродами оказывается в пределах 0,5...0,8 м.

При прогреве сверху вниз предварительно очищают от снега и на­леди поверхность, стержни забивают в грунт на 20...25 см, укладыва­ют слой опилок, пропитанных раствором солей. По мере прогрева грунта электроды забивают глубже в грунт. Оптимальной.будет глу­бина прогрева в пределах 0,7...1,5 м. Продолжительность оттаивания грунта воздействием электрического тока примерно 1,5...2,0 сут, по­сле этого увеличение глубины оттаивания будет происходить за счет аккумулированной теплоты еще в течение 1...2 сут. Расстояние меж­ду электродами 40...80 см, расход энергии по сравнению с полосовы­ми электродами сокращается на 15...20% и составляет 40...75 кВт ч на 1 м 3 грунта.

При прогреве снизу вверх пробуривают скважины и вставляют элек­троды на глубину, превышающую глубину промерзшего грунта на 15...20 см. Ток между электродами идет по талому грунту ниже уровня промерзания, при нагреве грунт отогревает вышележащие слои, кото­рые также включаются в работу. При этом методе применять слой опилок не требуется. Расход энергии составляет 15...40 кВт ч на 1 м 3 грунта.

Третий, комбинированный способ, будет иметь место при заглубле­нии электродов в подстилающий талый грунт и устройстве на дневной поверхности опилочной засыпки, пропитанной солевым раствором. Электрическая цепь замкнется наверху и внизу, оттаивание грунта бу­дет происходить сверху вниз и снизу вверх одновременно. Так как трудоемкость подготовительных работ при этом способе самая высо­кая, то его применение может быть оправдано лишь в исключитель­ных случаях, когда требуется ускоренное оттаивание грунта.

Оттаивание токами высокой частоты. Этот метод позволяет резко сократить подготовительные работы, так как промерзший грунт сохраняет проводимость к токам высокой частоты, поэтому отпадает надобность в большом заглублении электродов в грунт и в устройстве опилочной засыпки. Расстояние между электродами может быть уве­личено до 1,2 м, т. е. сокращено их количество почти в два раза. Про­цесс оттаивания грунта протекает относительно быстро. Ограниченное использование способа связано с недостаточным выпуском генерато­ров токов высокой частоты.

Одним из методов, которые в настоящее время утратили свою эффективность и вытеснены более современными, является оттаи­вание грунта паровыми или водяными иглами. Для этого необхо­димо наличие источников горячей воды и пара, при малой, до 0,8 м глубине промерзания грунта. Паровые иглы представляют со­бой металлическую трубу длиной до 2 м и диаметром 25...50 мм. На нижнюю часть трубы насажен наконечник с отверстиями диаметром 2...3 мм. Иглы соединяют с паропроводом гибкими резиновыми шлангами при наличии на них кранов. Иглы заглубляют в скважи­ны, предварительно пробуриваемые на глубину, приблизительно равную 70% глубины оттаивания. Скважины закрывают защитными колпаками, снабженные сальниками для пропуска паровой иглы. Пар подают под давлением 0,06...0,07 МПа. После установки акку­мулированных колпаков прогреваемую поверхность покрывают сло­ем термоизоляционного материала, чаще всего опилок. Иглы распо­лагают в шахматном порядке с расстоянием между центрами 1 ...1,5 м. Расход пара на 1 м 3 грунта составляет 50..100 кг. За счет выделения паром в грунте скрытой теплоты парообразования прогрев грунта проходит особенно интенсивно. Этот метод требует расхода тепло­вой энергии примерно в 2 раза больше, чем метод вертикальных электродов.

Оттаивание грунта теплоэлектронагревателями. Данный ме­тод основан на передаче теплоты мерзлому грунту контактным спосо­бом. В качестве основных технических средств применяются электро­маты, изготавливаемые из специального теплопроводящего материала, через который пропускают электрический ток. Прямоугольные маты, размеры которых могут закрывать поверхность от 4...8 м 2 , укладыва­ются на оттаиваемый участок и подсоединяются к источнику электри­чества напряжением 220 В. При этом образующееся тепло эффективно распространяется сверху вниз в толщу мерзлого грунта, что приводит к его оттаиванию. Время, необходимое для оттаивания, зависит от температуры окружающего воздуха и от глубины промерзания грунта и в среднем составляет 15-20 ч.

4. Разработка грунта в мерзлом состоянии с предварительным рыхлением

Рыхление мерзлого грунта с последующей разработкой землерой­ными и землеройно-транспортными машинами осуществляют механи­ческим или взрывным методом.

Механическое рыхление мерзлого грунта с использованием совре­менных строительных машин повышенной мощности приобретает все большее распространение. В соответствии с требованиями экологии, перед зимней разработкой грунта необходимо в осенний период снять бульдозером слой растительного грунта с намеченного для разработки участка. Механическое рыхление базируется на резании, раскалывании или сколе мерзлого грунта статическим (рис.3.3.) или динамическим воздействием.

При динамическом воздействии на грунт осуществляется его раскалывание или сколы молотами свободного падения и направ­ленного действия (рис.3.4.). Этим способом разрыхление грунта производят молотами свободного падения (шар- и клин-молотами), подвешенными на канатах на стрелы экскаваторов, либо молотами направленного действия, когда рыхление осуществляется сколом грунта. Рыхление механическим способом позволяет осуществлять его разработку землеройными и землеройно-транспортными маши­нами. Молоты массой до 5 т сбрасывают с высоты 5...8 м: молот в форме шара рекомендуется применять при рыхлении песчаных и супесчаных грунтов, клин-молоты - для глинистых (при глубине промерзания 0,5...0,7 м). В качестве молота направленного дейст­вия широко применяют дизель-молоты на экскаваторах или тракто­рах; они позволяют разрушать промороженный грунт на глубину до 1,3 м (рис. 3.5.).

Статическое воздействие основано на непрерывном режущем усилии в мерзлом грунте специального рабочего органа - зуба-рыхли­теля, который может быть рабочим оборудованием гидравлического экскаватора «обратная лопата» или быть навесным оборудованием на мощных тракторах.

Рис. 3.3. Рыхление мерзлого грунта статическим воздействием: а - бульдозером с активными зубьями; б - экскаватором-рыхлителем; 1 - направление хода рыхления

Рыхление статическими рыхлителями на базе трактора подразумевает в качестве навесного оборудования специального ножа (зуба), режущее усилие которого создается за счет тягового усилия трактора. Машины этого типа рассчитаны на послойное рыхление грунта на глубину 0,3...0,4 м. Число зубьев зависит от мощности трактора, при минимальной мощности трактора 250 л.с. использу­ется один зуб. Разрыхление грунта осуществляют параллельными послойными проходками через 0,5 м с последующими поперечными проходками под углом 60...90° к предыдущим. Перемещение разрыхленного грунта в отвал осуществляют бульдозерами. Целе­сообразно навесное оборудование крепить непосредственно на бульдозер и использовать его для самостоятельного перемещения разрыхленного грунта. Производительность рыхли­теля 15...20 м 3 /ч.

Способность статических рыхлителей послойно разрабатывать мерзлый грунт дает возможность использовать их независимо от глу­бины промерзания грунта. Современные рыхлители на базе тракторов с бульдозерным оборудованием благодаря своим широким технологи­ческим возможностям находят широкое применение в строительстве. Это обусловлено их высокой экономичностью. Так, стоимость разра­ботки грунта с применением рыхлителей по сравнению с взрывным способом рыхления в 2...3 раза ниже. Глубина рыхления этими маши­нами составляет 700... 1400 мм.

Шпуры просверливают диаметром 22...50 мм, скважины - 900...1100 мм, расстояние между рядами принимается от 1 до 1,5 м. Щели на расстоянии 0,9... 1,2 м одна от другой нарезают щеленарезными машинами фрезерного типа или баровыми машинами. Из трех соседних щелей взрывчатое вещество помещается только в сред­нюю, крайние и промежуточные щели служат для компенсации сдвига мерзлого грунта во время взрыва и для снижения сейсмиче­ского эффекта. Заряжают щели удлиненными или сосредоточенны­ми зарядами, после чего их сверху засыпают талым песком. При ка­чественном выполнении подготовительных работ в процессе взры­вания мерзлый грунт полностью дробится, не повреждая стенок кот­лована или траншеи.

Разрыхленный взрывами грунт разрабатывается экскаваторами или землеройно-транспортными машинами.

5. Непосредственная разработка мерзлого грунта

Разработка (без предварительного рыхления) может осуществляет­ся двумя методами - блочным и механическим.

Блочный метод разработки применим для больших площадей и основан на том, что монолитность мерзлого грунта нарушается за счет разрезки его на блоки. С помощью навесного оборудования на тракторе - баровой машины грунт разрезают при взаимно-перпендику­лярных проходках на блоки шириной 0,6... 1,0 м (рис.3.6.). При малой глубине промерзания (до 0,6 м) достаточно сделать только продольные разрезы.

Баровые машины, осуществляющие нарезку щелей, имеют одну, две или три врубовые цепи, навешенные на тракторы или траншейные экскаваторы. Баровые машины позволяют прорезать в мерзлом грунте щели глубиной 1,2...2,5 м. Используют стальные зубья с режущей кромкой из прочного сплава, что продлевает срок их службы, а при
износе или истирании позволяет быстро их заменить. Расстояние между барами принимается в зависимости от грунта через 60... 100 см. Раз­работку производят экскаваторами «обратная лопата» с ковшом боль­шой вместимости или глыбы грунта волоком перемещают с разрабаты­ваемой площадки в отвал бульдозерами или тракторами.

Механический метод основан на силовом, а чаще в сочетании с ударным или вибрационном воздействии на массив мерзлого грунта. Реализуется метод применением обычных землеройных и землеройно-транспортных машин и машин со специально разработанными для зимних условий рабочими органами (рис.3.7.).

Рис. 3.6. Схема блочной разработки грунта:

а- нарезка щелей баровой машиной; б - то же, с извлечением блоков трактором; в - разработка котлована с извлечением блоков мерзлого грунта при помощи крана; 1 - слой мерзлого грунта; 2 - режущие цепи (бары); 3 - экскаватор; 4 - щели в мерзлом грунте; 5 - нарезанные блоки грун­та; б - перемещаемые с площадки блоки; 7 - стоянки крана; 8 - транспортное средство; 9 - кле­щевой захват; 10 - строительный кран; 11 - трактор

Обычные серийные машины применяют в начальный период зимы, когда глубина промерзания грунта незначительна. Прямая и обратная лопата могут разрабатывать грунт при глубине промерзания 0,25...0,3 м; с ковшом вместимостью более 0,65 м 3 -0,4 м; экскаватор драглайн - до 0,15 м; бульдозеры и скреперы в состоянии разрабатывать промерзший грунт на глубину до 15 см.

Для зимних условий разработано специальное оборудование для одноковшовых экскаваторов - ковши с виброударными активными зубьями и ковши с захватно-клещевым устройством. Затраты энер­гии на резание грунта примерно в 10 раз больше, чем на скалыва­ние. Вмонтирование в режущий край ковша экскаватора виброударных механизмов, аналогичных по работе отбойному молотку, при­носят хорошие результаты. За счет избыточного режущего усилия такие одноковшовые экскаваторы могут послойно разрабатывать массив мерзлого грунта. Процесс рыхления и экскавации грунта оказывается единым.

Разработку грунта осуществляют и многоковшовыми экскаватора­ми, специально разработанными для проходки траншей в мерзлом грунте. Для этой цели служит специальный режущий инструмент в виде клыков, зубьев или коронок со вставками из твердого металла, укрепляемых на ковшах. На рис. 5.40 показан рабочий орган многоков­шового экскаватора с активными зубьями для разработки скальных и мерзлых грунтов.

Послойную разработку грунта можно осуществлять специализиро­ванной землеройно-фрезерной машиной, снимающей стружку глуби­ной до 0,3 м и шириной 2,6 м. Перемещение разработанного мерзлого грунта производят бульдозерным оборудованием, входящим в ком­плект машины.

6. Контроль качества земляных работ

Процессы возведения земляных сооружений систематически кон­тролируют, проверяя:

■ положение выемок и насыпей в пространстве (в плане и высот­ное);

■ геометрические размеры земляных сооружений;

■ свойства грунтов, залегающих в основании сооружений;

■ свойства грунтов, используемых для устройства насыпных со­оружений;

■ качество укладки грунта в насыпи и обратные засыпки (характеристики уложенных и уплотненных грунтов).

Постоянный контроль за качеством производства работ осуществ­ляют инженерно-технические работники, операционный контроль про­изводят с привлечением представителей геодезической службы и строительной лаборатории.

При контроле положения в пространстве и размеров сооруже­ний проверяют: расположение на плане земляных сооружений и их размеры; отметки бровок и дна выемок; отметки верха насыпей с учетом запаса на осадку; отметки спланированных поверхностей, уклоны откосов выемок и насыпей. Данный контроль осуществля­ют с помощью геодезических приборов, а также простейших инструкций.

В зимний период целесообразно выполнять следующие работы: возведение насыпей из крупнообломочных и песчаных грунтов, разработка выемок и резервов в необводненных песках, гравийно-галечниковых и скальных грунтах, возведение насыпей из глинистых грунтов при влажности близкой к оптимальной на устойчивых основаниях, разработка в непереувлажненных глинистых грунтах выемок глубиной более 3 метров, устройство насыпей на болотах, укрепление откосов насыпей. Разработка боковых резервов возможна при отсутствии смерзания грунтов или в начале зимы при температуре близкой к нулю градусов, в остальных случаях работы целесообразно вести из глубоких сосредоточенных резервов или карьеров, пригодных для работы экскаваторов.

ППР должна быть предусмотрена организация систематической очистки от снега рабочих площадей и транспортных путей.

Подготовительные работы.

До начала земляных работ на объектах, намеченных к строительству в зимних условиях, кроме общих подготовительных работ, должны быть выполнены следующие специальные работы: установлены снегонезаносимые разбивочные знаки, обеспечен водоотвод на участках производства работ на трассе, подготовлены подъездные пути и средства защиты от заноса, подготовлены бытовые помещения.

Основания под насыпи должны быть подготовлены в летнее время (включая снятия растительного слоя), перед началом тщательно очищены от снега, в случае возведения насыпи на сильно и чрезмерно пучинистых участках в районах с глубиной промерзания более 1.5 метра, нижние слои насыпи следует возводить до наступления устойчивых отрицательных температур.

В летний период необходимо подготовить поверхность сосредоточенных резервов и карьеров: устройство подъездных дорог, расчистка поверхности, устройства входных забоев и пионерных траншей, предохранение от промерзания.

Резервы предназначенные для разработки в зимних условиях, должны быть предварительно обследованы осенью. В задачу обследования входит определение плотности и влажности грунта, после наступления морозов, проверяют влажность снова.

Разработка выемок и возведение насыпей.

Общие положения

При разработке выемок или карьеров в зимних условиях, необходимо очищать поверхность экскавации от снега, льда отепляющих материалов, не более чем на одну смену вперед и в дальнейшем по мере продвижения забоя непосредственно перед началом разработки грунта. Площадь очистки при температуре до - 10 градусов - суточная производительность ведущей машины, ниже - 10 градусов - суточная производительность ведущей машины.

При сильных снегопадах и метелях разработку грунта и отсыпку насыпей следует прекращать, а перед возобновлением работ полностью удалять с насыпи снег и лед. Во время оттепелей и перед началом весеннего снеготаяния верхняя часть насыпи и откосы насыпей возведенных зимой следует очищать от снега. Дно и откосы выемок следует планировать после оттаивания грунта.

В начале зимы, также при толщине мерзлого слоя не более 25 см, возможна разработка грунта скрепером с объёмом ковша более 6 м 3 , при условии их непрерывной работы.

Разработка выемок, расположенных на уклоне должна начинаться с низовой стороны. Отдельные забои располагают с обеспечением постоянного водоотвода. При наличии в откосах выемок грунтовых вод должен быть обеспечен отвод.

Зимой кузова автосамосвалов желательно обогревать, если нет то смазывать изнутри не ниже 2-3 раза в смену концентрированным раствором хлористого кальция либо нефтью, мазутом, отработанным маслом. В конце смены, кузова автосамосвалов, ковши скрепера и экскаватора - тщательно очищают.

В часть насыпи расположенную ниже уровня грунтовых вод на болотах с частичным или полным выторфовыванием, разрешается укладывать песчаные мерзлые грунты при условии, что верхняя часть насыпи будет возведена из таких же но талых грунтов.

Кавальеры отсыпанные в зимних условиях, по сравнению с обычными нормами их расположения должны быть отодвинуты от бровки выемки на 1.5 метра, при высоте кавальера до 2 метров, и на 0.25 метра при высоте кавальера более 2 метров.

Для наиболее эффективного использования землеройно-транспортных машин во время перерывов вынужденных вскрытые резервы, выемки должны быть утеплены рыхлением, что позволяет предохранить верхний слой от промерзания на 1-3 суток.

При возведении насыпей, грунт распределяют на полную её ширину с соблюдением поперечного уклона не менее 50 ‰.

Уплотнение грунтов в зимних условиях.

Для катков нужен значительный фронт работ, что зимой трудно осуществить, поэтому работу катка часто принимают по челночной схеме.

Общее количество мерзлого грунта в насыпях не более 20 % для автодорожных насыпей... размеры мерзлых комьев при возведении насыпей не должны превышать 30 см, при уплотнении грунтов трамбующими машинами, и плитами и 20 см - при уплотнении грунтов катками массой более 25 тонн. Укладывать мерзлые комья грунта следует не ближе 1 метра от поверхности насыпи и откосов, равномерно по насыпи, нельзя допускать скоплений грунта особенно в боковых частях насыпи Отсыпку грунта зимой следует вести более толстыми слоями чем летом, причем на более коротких захватках...

В зимнее время - разработка должна быть круглосуточна. Не допуская образования мерзлой корки между зарезаниями, учитывая при расчете предельной дальности возки грунтов следующие значения:

Уплотнять грунты в зимних условиях следует самоходными и прицепными катками массой более 25 тонн, трамбовочными машинами и подвесными трамбующими плитами. При наличии мерзлых комьев также целесообразно применять решетчатый каток. Работа катков на пневмошинах давлением до 0.7 МПа становится малоэффективна при толщине мерзлой корки на поверхности толщиной 2-3 см.

Лучший способ работы в зимнее время - трамбование, при котором можно отсыпать грунт наиболее толстыми слоями и укладывать в насыпь более крупные куски мерзлого грунта.

Катки с гладкими вальцами и кулачковые катки практически малоэффективны для уплотнения грунта в зимних условиях ввиду незначительной толщины уплотняемого слоя и в связи с тем, что они требуют большого фронта работ по укатке, что ведёт к быстрому охлаждению грунта и к возможности его промерзания. Работа катков на пневмошинах в зимнее время сопровождается большим износом шин. Применение прицепных катков требует большого фронта работ, а это трудно осуществить в условиях быстрого промерзания, особенно в при тонкослойной отсыпке насыпи. Из этого следует, что уплотнение грунтов следует производить особенно тщательно, а отсыпку производить непереувлажненными и талыми грунтами с количеством мерзлоты не более допустимого. Работы производят на суженном фронте при максимальном насыщении его механизированными средствами с минимальными перерывами, и с такой интенсивностью, чтобы уложенный слой грунта не замерзал до отсыпки следующего слоя...

Поверхность выемки из которой намечается отвозка грунта в насыпь, до наступления морозов, предохраняется от промерзания путём рыхления ее на глубину не менее 25 см с последующим боронованием. Одновременно надо принять меры к снегозадержанию вплоть до засыпки поверхности снегом, чтобы толщина снежного покрова была не менее 25 см... При прекращении работ по укладке грунта в насыпь, необходимо предотвратить нарушение плотности и монолитности уложенного и уплотнённого грунта в связи с возможным его замерзанием и последующим оттаиванием, для этого последние 2-3 слоя грунта укладывают в насыпь с влажностью не превышающей 0.9 границы раскатывания, после чего отсыпают еще один слой грунта но без уплотнения...

Для отсыпки насыпей зимой допускаются: предварительно разрыхлённые скальные, гравийные, щебень, крупный и средней крупности песок. Несвязные грунты укладывают и уплотняют также как в летнее время, причем их дополнительное увлажнение не требуется. Глинистые грунты допускаются если их влажность не превышает 0.9 границы раскатывания. Допускаются также мелкие и пылеватые грунты.

Однако следует ориентироваться - на разработку несвязных грунтов и малосвязных грунтов...

Рыхлый - неуплотнённый снег - хороший утеплитель!

При возведении земляного полотна зимой - особое внимание устойчивости естественного основания, для предотвращения промерзания естественного основания, можно в летнее время отсыпать слой грунта высотой 1.5 метра с тщательным уплотнением, эти работы выполнять до зимы, в зимний период производят основные работы по отсыпке земляного полотна, а в летний период, после осушения земляного полотна отсыпать последние 1-1.5 метра верха насыпи (естественно это эффективно при высоких насыпях и больших объёмах работ).