Виробництво земляних робіт у зимових умовах

В осінній період ґрунти зволожуються, а з настанням зими замерзають. Міцність мерзлих ґрунтів різко збільшується, досягаючи іноді міцності бетону. Розробка таких ґрунтів ускладнюється. Збільшуються тривалість, трудомісткість і вартість робіт. Тому основне правило виконання земляних робіт узимку - запобігання ґрунту від промерзання. Для цього відводять осінні дощові води і глибоко зорюють ділянку до настання морозів з покриттям поверхні ґрунту теплоізоляційними матеріалами (листами, соломою, шлаком, хвоєю й ін.).

Однак на великих ділянках будівництва ці заходи проводити вдається не завжди. У цьому випадку для створення умов, близьких до нормальних, при розробці мерзлих ґрунтів застосовують розпушування, відтавання і різання їх.

Ґрунт, що промерзнув до 250 мм, можна розробляти екскаватором, обладнаним прямою лопатою з ємністю ковша 0,5 - 1 м ³ без попереднього розпушування.

Рис. 5.4. Відтавання мерзлого ґрунту паровими голками:

а - загальний вид парової голки; б- трубчастий наконечник: в - змінний наконечник; 1 - вентиль; 2 - ручки; 3 - наконечник з різцями; 4 - короб.

Розпушування мерзлих ґрунтів при глибині промерзання до 250 м виконується розрихлювачами, до 500 мм - ударними оснащеннями, підвішеними до стріли екскаватора-драглайна (клин-баба, куля-баба й ін.), до 1300 мм за допомогою дизель-молота з клином, змонтованого на спеціальній рамі, прикріпленої до стріли екскаватора Е-505А. При більш глибокому промерзанні ґрунтів і великих обсягах робіт застосовуються найбільш ефективні способи - вибухової і метод відколу. Відтавання мерзлих ґрунтів здійснюється парою, гарячою водою, електричним струмом і вогневим способом. Відігрівання ґрунту парою і електричний струм обходиться дорого і застосовується при невеликих обсягах робіт.

При товщині шару мерзлого ґрунту більш 1,5 м застосовують парові голки, виготовлені з газових труб діаметром 25 мм із перфорованим наконечником і різцями (мал. 5.4). Занурюються голки в шпури, розташовані в шаховому порядку на відстані, рівній товщині мерзлого ґрунту. Відтавання виробляється гострою парою, що виходить з отворів у наконечниках. Для зменшення втрат пари в атмосферу парові голки прикриваються коробами і тиск пари в них приймається 0,5-0,7 атм. Одна парова голка обслуговує кілька шпурів, при цьому пуск пари в голки в піщаних ґрунтах припиняють через 2 - 3 год, у глинистих - через 4 - 6 год. При необхідності цикл відігрівання ґрунту повторюється.

При невеликих промерзаннях застосовують поверхневий спосіб відтавання ґрунту: труби з отворами укладають на поверхню землі.

Недоліком способів відтавання гострою парою є зволоження ґрунтів, що утрудняє їхню розробку.

Схема відтавання ґрунтів гарячою водою аналогічна схемі роботи звичайної системи центрального опалення. Цей спосіб є кращим, тому що ґрунт не воложиться. Відтавання відбувається за допомогою занурених у ґрунт водяних циркуляційних голок, з'єднаних трубопроводом з відцентровим насосом і казаном для підігріву води (мал. 5.5). Водяна голка складається з двох труб, що входять одна в іншу; у простір між трубами подається вода з t=50°, що, віддавши тепло ґрунту, повертається по трубі меншого діаметра в нагрівальний казан.

Рис. 5.5. Відтавання мерзлого ґрунту за допомогою циркуляційних голок:

а - схема установки; б - циркуляційна водяна голка; 1 - котельна установка; 2 - насос; 3 - трубопровід гарячої води; 4 - зворотний трубопровід; 5 - внутрішня труба; 6 - зовнішня труба; 7 - нижня частина труби.

Електровідігрів ґрунту виконується горизонтальними, стрижневими і глибинними електродами і заснований на включенні ділянки ґрунту в електричний ланцюг. Горизонтальні електроди (мал. 5.6, а) зі сталі діаметром 12-16 мм укладаються на поверхню землі на відстані 400-800 мм один від одного в залежності від напруги струму і накриваються шаром тирси товщиною 150-250мм, змочених розчином повареної солі.

Тирса, нагріваючись, передає тепло ґрунту і відтаює йогонаглибину до 700 мм.

Стрижневі електроди (мал. 5.6, б) занурюються в ґрунт у міру відтаювання, зверху для створення електричного ланцюга ґрунт покривається тирсою, зволоженою солевим розчином. Відігрівання ґрунту відбувається зверху вниз.

Більш ефективно ґрунт відігрівається при зануренні глибинних електродів на всю товщу мерзлого ґрунту і поглибленні в поталий ґрунт на 120-200 мм (мал. 5.6, в). Відігрівання йде знизу нагору.

Відтаювання ґрунтів може вироблятися електроголками - металевими трубами з внутрішньою спіраллю, що засипаються дрібним піском для акумуляції тепла (мал. 5.6, г). Голки встановлюються на відстані одна від одної 1,2 м. Спочатку вони опускаються на глибину до 250мм і в такому положенні відігрівають ґрунт протягом 4 - 6 год, а потім поглиблюються ще на 200 - 250мм,Поступове поглиблення голок відбувається доти, поки ґрунт не буде відтаяний до потрібної глибини.

Для відігрівання ґрунту застосовуються також трубчасті електронагрівники (ТЕН) - сталеві здвоєні трубки діаметром 16 –18 мм, з ніхромовою спіраллю. Трубки заповнюються усередині діелектричним спресованим порошком. ТЕНи для відігрівання ґрунту бувають глибинні (мал. 5.6, д) і поверхневі (мал. 5.6, е). Глибинні трубчасті електронагрівники встановлюються в пробурені свердловини на відстані 0,5 - 1,3м, ґрунт відігрівається протягом 12 -14 год. Поверхневі - укладаються на поверхню землі і накриваються брезентом або рулонними матеріалами.

Рис. 5.6. Електропрогрів ґрунту:

а- горизонтальними електродами; б - стрижневими електродами; в - глибинними електродами; г - електроголками; д - глибинними трубчастими електронагрівниками; е - поверхневими трубчастими електронагрівниками: 1 - електроди; 2 - провідники; 3 - толь;

4 - тирса; 5 - мерзлий ґрунт; 6 - поталий ґрунт.

При розробці траншей мерзлі ґрунти відтають вогневим способом із застосуванням рідкого пального або газу. Установка для відігрівання мерзлих ґрунтів дизельним паливом складається з пальника, компресора, баків для дизельного палива і газоходів. Пальник являє собою форсунку, що складається з повітропідвідного кожуха, паливопідводячої і повітропідводячої трубок, на яких установлені вентилі для регулювання подачі дизельного палива і повітря. Ґрунт відігрівається потоком гарячих газів, що проходять по інвентарних газоходах, зібраним з чавунних напівтруб діаметром 800 - 900мм. Напівтруби укладають на очищеній від снігу і льоду поверхні землі і для зменшення тепловтрат засипають шаром шлаку товщиною 250мм. Полум'я пальника, що направляється в газохід, протягом 4 год прогріває під газоходу. Після нагрівання вхідний і вихідний отвори засипаються поталим ґрунтом, від чого усередині газоходу створюється своєрідний «термос». У закритому положенні газоходи залишаються на 16 год. Протягом цього часу ґрунт відігрівається на глибину до 1,4 м.

Різання мерзлих ґрунтів здійснюється машинами і пристосуваннями для попередньої нарізки мерзлого шару ґрунту на блоки з наступним збиранням їхнім екскаватором із прямою лопатою. Робочим органом однієї з конструкцій такої машини є обертова на горизонтальній осі дискова фреза діаметром 2 м зі змінними зубами. На поверхні вибою фрезою наносяться перехресні борозни глибиною до 60 см, відстань між ними відповідає ширині ковша екскаватора.

Для різання ґрунту застосовується також змінне устаткування до багатоковшевих екскаваторів подовжнього черпання, що складає з ковшів з ножами, якими нарізаются щілини глибиною до 2м.

Лекція 12