Зимой, при установлении отрицательных температур, происходит замерзание грунта вследствие потери тепла и перехода содержащейся в его порах воды в лед, сопровождающееся изменением его физико-механичес­ких свойств (прочности, деформативности, теплопроводности и др.).

Учитывая, что при замерзании механическая прочность грунта, а следовательно и трудоемкость разработки, резко возрастают, стараются проводить мероприятия по предварительной защите грунта от промерзания, обеспечивающие его раз­работку в талом виде. Таким образом, основными методами подготовки и разработки грунтов в зимний период являются предохранение их от промер­зания, тепловое и химическое оттаивание, рыхление и механическая разра­ботка мерзлых грунтов. Факторами, определяющими выбор методов и спо­собов зимней разработки грунта, являются объемы работ, свойства грунта, вид земляного сооружения и конкретные условия строительства.

Предохранение грунта от промерзания выполняют задолго до на­ступления холодов путем его вспахивания с боронованием, глубокого рых­ления, укрытия утепляющими материалами и химической обработки.

Для вспахивания грунта применяют различные плуги с глубиной рыхления не менее 35 см и рыхлители с глубиной рыхления 50 ... 70 см. За­тем грунт боронуют на глубину 15 ... 20 см. При глубоком рыхлении (на глубину 1,3 ... 1,5 м) используют одноковшовые экскаваторы с ковшом вме­стимостью 0,4 ... 0,65 м 3 , при этом грунт разрабатывают навымет и уклады­вают на место смежной (предыдущей) проходки.

В качестве утепляющих материалов используют местные материа­лы: сухие листья, торф, опилки, солома, камыш, шлак и др. Могут приме­няться и полимерные материалы, пленки, пенопласт и т.п. Иногда грунт пе­ред вспахиванием подвергают химической обработке, т.е. пропитке поверх­ностного слоя грунта хлористым кальцием и натрием, нитрит-нитратом на­трия, которые понижают температуру замерзания воды в грунте (до - 30°С). Защищенный от промерзания грунт разрабатывают обычным механизиро­ванным способом.

Однако, когда грунт не удалось своевременно предохранить от за­мерзания и по графику работ грунты необходимо разрабатывать в зимнее время, т.е. в мерзлом состоянии, то в этом случае приходится либо их отта­ивать, либо разрабатывать в мерзлом виде с использованием специальных средств и методов.

Способы оттаивания мерзлых грунтов ос­нованы на том, что за счет теплоты, передаваемой в слой мерзлого грунта, растапливается лед в его порах и грунт делается талым. Оттаивание грунтов применяют при малых объемах работ, в стесненных условиях, труднодоступных местах и в случаях, когда нельзя использовать более экономичные и менее энергоемкие способы. Оттаивание грунта осуществляют как с помо­щью естественных источников тепла - солнечного тепла, тепла воды из ес­тественных водоемов, так и искусственных - за счет сжигания твердого, жидкого или газообразного топлива, использования пара или электроэнер­гии. По направлению распространения тепла в грунте можно выделить следующие три основных способа оттаивания: сверху вниз (поверхностный); снизу вверх (глубинный); по радиальному направлению.

Поверхностное оттаивание производят либо с использова­нием естественных источников тепла, либо искусственных - горячими газа­ми (огневой способ), в тепляках, отражательными печами, горизонтальны­ми электродами, химическим способом. Оттаивание хими­ческим способом предусматривает введение в грунт раствора хлористого натрия, под действием которого в порах мерзлого грунта растворяются кри­сталлы льда.

Глубинное и радиальное оттаивание осуществляют гид­равлическим, циркуляционными водяными, паровыми и электрическими иглами, а также электродами.

Рыхление и разработку грунтов в мерзлом состоянии осуществ­ляют взрывным или механическим способом.

Взрывной (шпуровой или щелевой) способ является од­ним из основных способов подготовки мерзлых грунтов к разработке экска­ваторами. Он особенно эффективен при глубинах промерзания 0,4 ... 1,5 м и более и при значительных объемах разработки мерзлых грунтов. Его при­меняют преимущественно на незастроенных участках, а на застроенных - с использованием укрытий и локализаторов взрыва (тяжелых пригрузочных платформ). При рыхлении на глубину до 1,5 м применяют шпуровой и ще­левой методы, а при больших глубинах - скважинный или щелевой. Щели на расстоянии 0,9 ... 1,2 м одна от другой нарезают щеленарезными маши­нами фрезерного типа или баровыми машинами. Заряжают щели через од­ну удлиненными или сосредоточенными зарядами, после чего их сверху за­бивают песком. Шпуры и скважины располагают в шахматном порядке.

При рыхлении грунта взрывным способом (рис. 4.22, а) участок разбивают на захватки, где на первой из них бурят шпуры, заряжают и взры­вают их; на второй работы по условиям безопасности не производят; на тре­тьей ведут разработку грунта. Размеры захваток определяют исходя из смен­ной производительности экскаватора (экскаваторов).

Механическое рыхление мерзлых грунтов применяют при глубине промерзания 0,4 ... 1,5 м и небольших по площади выемках котло­ванов и траншей. При этом осуществляют дробление или скол мерзлого слоя динамическим или статическим воздействием специального сменного рабочего оборудования, установленного на базовой машине (тракторе, экс­каваторе и т.п.). Динамическое воздействие обеспечивают за счет удара, ви­брации или совместного их воздействия с применением шара- или клин-молота, дизель-молотов, клиновых тракторных рыхлителей и др. Статичес­кое воздействие при разрушении мерзлого грунта обеспечивают за счет вне­дрения в него рабочего органа, состоящего из одного или нескольких (до 5) зубьев при одновременном движении трактора (тягача).

Для рыхления мерзлого грунта (рис. 4.28) механическим способом при разра­ботке котлованов и траншей используют невесные рыхлители и землеройно-фрезерные машины, а также баровые машины (для нарезки мерзлого грунта на блоки), а при вертикальной планировке площадки - на­весные рыхлители. Эти машины работают впаре с экскаваторами, которые разрабатывают как разрыхленный мерзлый, так и немерзлый грунт.

Рис. 4.28 – Рыхление мерзлых грунтов при устройстве котлованов

При небольшой глубине промерзания грунта его рыхлят трактор­ными рыхлителями продольными проходками под углом 60°. Разрыхленный грунт перемещают бульдозером в торец котлована и экскаватором грузят на самосвалы. Последующие слои мерзлого грунта можно разрабатывать рых­лителем сначала поперечными проходками, затем продольными и диаго­нальными. Зуб рыхлителя, в зависимости от свойств грунта и мощности бульдозера, заглубляют на 0,5 ... 0,8 м.

При большой глубине промерзания часто практикуют блочные ме­тоды разработки мерзлых грунтов, когда монолитность их предварительно нарушают нарезкой на блоки (полосы) с помощью специальных машин, оборудованных дисковыми пилами или барами. Обычно используют мелко- и крупноблочные методы разработки грунтов. Мелкоблочный метод (рис. 4.28, б) применяют при рытье небольших котлованов и траншей при глубине промерзания 0,6 ... 1,4 м. Продольными и поперечными прорезями дискофрезерной машины или барами разрезают мерзлый слой на блоки раз­мером от 0,6 x 0,8 до 1 x 1,1 м, а затем экскаватором с прямой лопатой (вмес­тимость ковша 0,65 ... 1 м 3) грузят мерзлые блоки и разрабатывают талый грунт. Крупноблочный метод используют при разработке котлованов вбли­зи зданий или сооружений, когда не допускаются сотрясения грунта, неиз­бежные при ударном и виброударном рыхлении. Мерзлые грунты нарезают на блоки массой 4 ... 10 т последующим удалением их из забоя бульдозе­рами (рис. 4.28, в), кранами (рис. 4.28, г) или электролебедками. При ис­пользования кранов блоки отрывают и отодвигают от талого основания бульдозерами, а затем с помощью клещевого захвата грузят на самосвалы со снятым задним бортом (рис. 4.28, г). Выемки при этом разбивают на две за­хватки на первой нарезают блоки, а на второй их краном удаляют и подчи­щают основание.

Разработку грунтов в мерзлом состоянии можно вести только с по­мощью мощного землеройного оборудования, которое позволяет разрабаты­вать мерзлый грунт без его предварительной подготовки (рыхления). В ка­честве такого оборудования применяют гидравлические экскаваторы. Осо­бенно эффективно они работают при использовании прямых и обратных ло­пат с ковшами активного действия, в днище которых вмонтированы пневмо-молоты с зубьями, обеспечивающие разрушение мерзлого грунта.

Способы разработки траншей в зимнее время следующие: раз­работка траншеи в задел, с предохранением грунта от промерзания, без предварительной подготовки, с предварительным рыхлением. Разработку траншей в задел (т.е. заблаговременно) на полный профиль производят в осенний период до наступления морозов. Недостатком этого способа явля­ется то, что откосы траншеи с течением времени частично обрушаются, а отвал грунта к моменту засыпки трубопроводов смерзается, что требует его предварительного рыхления перед засыпкой. Способы разработки траншей с предохранением грунта от промерзания принципиально аналогичны спо­собам, рассмотренным выше. Траншеи без предварительной подготовки разрабатывают в тех случаях, когда имеются необходимые технические ус­ловия. При глуби­не промерзания до 0,3 м траншеи можно разрабатывать одноковшовыми экскаваторами, а в грунтах с глубиной промерзания до 1,5 м их на полный профиль можно отрывать роторными экскаваторами.

Способ разработки траншеи с предварительным рыхлением грунта взрывным или механическим способом применяют при промерзании грун­та на глубину более 0,4 м. Рыхление производят шпуровыми зарядами или с помощью рыхлителей. Разрыхленный грунт планируют бульдозером, а разработку траншеи осуществляют одноковшовым экскаватором. Протя­женность участка разрыхляемого грунта необходимо принимать равной сменной производительности экскаватора во избежание повторного смерза­ния грунта.

Темпы ведения земляных работ при рытье траншей в зимнее время необходимо строго согласовывать с темпами изоляционно-укладочных ра­бот на трубопроводе, так как при опережении земляных работ даже на 2...3 дня возникает опасность смерзания отвала грунта. Это потребует ли­бо предварительного разрыхления грунта в отвале перед засыпкой трубо­провода (что сделать не всегда легко), либо присыпки труб перед обратной засыпкой.

При разработке траншей в мерзлых грунтах чаще всего используют несколько типов машин, каждая из которых подготавливают фронт работ для машин, выполняющих последующие операции. Например, расчистка буль­дозером поверхности грунта от снега позволяет приступить к рыхлению или прорезанию мерзлого грунта рыхлителями (баровыми машинами), ко­торые, в свою очередь, подготавливают фронт работ экскаватору и т.д. При глубине промерзания до 1,3 м траншеи, неширокие котлованы можно разра­ботать обратными лопатами с ковшом вместимостью 0,65 м 3 и выше при предварительном нарезании прорезей через 0,4 ... 0,5 м баровой машиной. Причем при ширине траншей до 2 м достаточно сделать продольные проре­зи вдоль траншей, а при ширине более 2 м делают и попереч­ные прорези под углом 30°, нарезая при этом блоки в виде ромбов. Широкие траншеи или котлованы (шириной до 8 м) разрабатывают дву­мя торцовыми проходками экскаватора. При разработке широ­ких траншей для прокладки коллекторов в мерзлых грунтах при значитель­ной глубине промерзания обычно применяют баровые машины, экскавато­ры с клинмолотом и экскаваторы с обратной лопатой.

Засыпка траншей с трубопроводами в зимних условиях. Если строительство трубопроводов осуществляют поточно-совмещенным мето­дом (трубопровод укладывают в траншею непосредственно после ее разра­ботки), обратную засыпку его талым грунтом осуществляют бульдозером, как и в обычных условиях. В случае смерзания грунта в отвале, например при нарушении поточности, трубопровод в траншее во избежание повреж­дения изоляции присыпают на высоту не менее 0,2 м выше трубы талым грунтом. Дальнейшую засыпку трубопровода мерзлым грунтом, не содер­жащим комьев более 5 ... 10 см, выполняют бульдозерами.

1. СНБ 5.01.01-99 Основания и фундаменты зданий и сооружений. – Мн.: Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь, Мн., 1999. – 36 с.

2. СНиП 3.02.01-87. Земляные сооружения, основания и фундаменты / Госстрой СССР – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. – 128 с.

3. Пособие П11-01 к СНБ 5.01.01-99. Геотехнические реконструкции оснований зданий и фундампентов сооружений. – Мн.: Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь, Минск, 2001. – 120 с.

4. Пособие П17-02 к СНБ 5.01.01-99. Проектирование и устройство подпорных стен и креплений котлованов. – Мн.: Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь, Мн., 2003. – 95 с.

5. Земляные работы (Справочник строителя) / Под ред. Л.В. Гриншпуна. – М.: Стройиздат, 1992. – 352 с.

Тема 5. Бетонные и желе­зобетонные ра­боты

Мерзлые грунты, за исключением скальных, сильно осложняют производство земляных работ и значительно увеличивают их стоимость, поэтому следует заранее наметить те участки земляных работ, разработка которых в зимний период вызовет наименьшее удорожание. Зимние условия не вызывают удорожания работ при разработке скальных грунтов, закрытых проходках, например щитовых, и пр. Сравнительно ненамного удорожается зимой .

Грунт, подлежащий разработке в зимних условиях, должен быть предварительно подготовлен. Подготовка заключается в предохранении его от промерзания, в рыхлении или в оттаивании уже замерзшего грунта.

Предохранение грунта от промерзания. Для уменьшения глубины промерзания до наступления морозов выполняют ряд подготовительных работ: отвод с участка поверхностных вод, глубокую вспашку поверхностного слоя (до 30-35 см) с обязательным боронованием, покрытие поверхности земли дешевыми местными теплоизоляционными материалами (опилками, мхом, торфом, листьями и пр.).

Наиболее эффективным является рыхление грунта тракторным многостоечным рыхлителем на глубину не менее 0,35 м, что с учетом снегового покрова обеспечивает в средней полосе на период зимнего времени талое состояние грунта под разрыхленным слоем.

Предохранение грунта от промерзания имеет большое значение в районах Сибири, где ведется большое строительство и где грунт промерзает на 3-4 м. Для уменьшения глубины промерзания участки покрывают полимерными пенами, получаемыми из карбамидной смолы на растворных узлах пеногеперации. Рыхление и утепление грунта должно производиться в пределах рабочих контуров выемок с уширением на двойную глубину промерзания.

Механическое рыхление мерзлого грунта. Применяемые способы рыхления замерзшего грунта зависят от глубины его промерзания. Слой мерзлого грунта толщиной до 0,25 м разрушается экскаватором с ковшом вместимостью 0,5 м 3 , а при слое до 0,4 м — экскаватором с ковшом вместимостью 1-1,25 м 3 . Поэтому для разработки котлованов и траншей в зимних условиях при указанной глубине промерзания и применении соответствующих экскаваторов предварительно рыхлить мерзлый грунт не требуется.

При глубине промерзания более 0,8 м целесообразно рыхлить грунт взрывным способом. Если невозможно применить взрывной способ, производят механическое рыхление грунта с помощью дизель-молотов с клиньями, трехклиновых тракторных рыхлителей и путем нарезки грунта на блоки с помощью режущих машин (врубовых или дисковых). Дизель-молотами могут быть оборудованы одноковшовые экскаваторы или тракторы; врубовыми и дисковыми машинами оборудуют тракторы или траншейные экскаваторы.

Рыхление мерзлого грунта пневматическими и электрическими отбойными молотками малопроизводительно, дорого и поэтому не может быть рекомендовано. Отбойные молотки применяют обычно при аварийных работах и малых объемах работ.

Оттаивание мерзлых грунтов. При небольших объемах земляных работ для облегчения разработки грунта применяют различные способы его оттаивания: огневой, паром, горячей водой или электрическим током. Способ оттаивания определяют исходя из технических возможностей, экономических соображений и местных условий.

Огневой способ оттаивания грунта открытыми кострами как малоэффективный и неэкономичный применять не рекомендуется. Для разработки траншей в городских условиях при наличии подземной газовой сети оттаивание грунта производят путем подвода газа к горелке, устанавливаемой в одном из концов металлического короба, который собран из полукруглых сегментов (полутруб), уложенных внахлестку по оси траншеи. На другом конце короба устанавливают дымовую трубу. Для уменьшения потерь тепла, уходящего в атмосферу, короб обсыпают грунтом слоем 10-15 см.

При отсутствии газовой сети можно использовать жидкое топливо (соляровое масло). Жидкое топливо направляют к форсунке, куда из баллона или небольшим компрессором подается сжатый воздух. Под действием струи сжатого воздуха жидкое топливо распыляется, образуя большой факел.

Если глубина промерзания грунта превышает 1 м, оттаивание его производят паром с помощью паровых игл. Паровые иглы устанавливают в заранее пробуренные скважины. Во избежание утечки пара через скважины их закрывают колпаками, в которых аккумулируется тепло. Паровые иглы применяют при разработке траншей и небольших котлованов.

Грунты обладают низкой теплопроводностью, они могут принять и передать в зону оттаивания лишь определенное количество тепла, поэтому подавать пар в иглы целесообразно с перерывами. Наиболее приемлемой для отогрева грунта считается температура 40-50°С. При этом условии более экономичным является способ оттаивания грунта горячей водой с помощью водяных циркуляционных игл, устанавливаемых на расстоянии 0,75-1,5 м друг от друга в заранее пробуренные скважины. Горячая вода из котла проходит сначала по внешней трубе водяной иглы, а затем по внутренней; пройдя последовательно батарею установленных игл, она поступает в центробежный насос и под давлением возвращается в котел.

При наличии на строительной площадке свободной электроэнергии оттаивание грунта можно производить переменным током 220 и 380 В. При глубине промерзания до 0,7 м применяют горизонтальные электроды, укладываемые на поверхность грунта с засыпкой их 15-20-см слоем опилок, смоченных раствором поваренной соли. Прогрев в этом случае будет идти по направлению сверху вниз.

При глубине промерзания грунта более 0,7 м для его оттаивания целесообразно применять вертикальные глубинные электроды, представляющие собой стержни из стали диаметром 12-19 мм с заостренным концом. Электроды забивают ниже глубины промерзания на 8-10 см. В этом случае ток идет через талый грунт. Выделяющимся теплом прогревается лежащий выше слой мерзлого грунта, и процесс оттаивания происходит по направлению снизу вверх. При этом способе не требуется очищать территорию отогрева от снега и покрывать ее опилками; не будет потерь тепла в воздух, а расход электроэнергии будет меньше, так как ток выключают до того, как весь грунт оттает.

При электропрогреве грунта нужно строго выполнять все требования по технике электробезопасности в условиях строительной площадки.

При замерзании фунта его механическая прочность значитель-но возрастает и как следствие — затраты времени на его разработ-ку резко возрастают. В то же время временные выемки в мерзлом фунте можно возводить без откосов, что снижает затраты на его разработку. Разработка мерзлого грунта одноковшовыми экскава-торами (прямая и обратная лопата) без предварительного рыхления допускается при толщине мерзлого слоя до 0,25 м ковшом ем-костью 0,5—0,65 м; 0,4 м — ковшом емкостью 1 — 1,25 м 3 .

Подлежащий разработке фунт при промерзании его на боль-шую глубину должен быть предварительно подготовлен одним из следующих способов: предохранение грунта от промерзания; от-таивание мерзлого грунта; рыхление мерзлого грунта.

Способ подготовки должен выбираться и обосновываться в проекте в зависимости от объемов и условий работ, сроков их вы-полнения и наличия оборудования. Предохранение фунта от про-мерзания следует осуществлять:

• предварительным рыхлением до промерзания грунта (вспахи-ванием, боронованием, перелопачиванием экскаватором);
• покрытием поверхности фунта теплоизоляционными материа-лами с удержанием снежного покрова.

Предохранять грунт от промерзания необходимо до наступле-ния устойчивых отрицательных температур. При планировании разработки грунта в первой трети зимнего периода следует преду-сматривать вспахивание фунта с последующим боронованием и удержание снежного покрова, а в остальное зимнее время — глу-бокое рыхление (перелопачивание) или утепление грунта тепло-изолирующими материалами.

Утепление грунта осуществляют соломой, опилками, сухим торфом или шлаком, а также синтетическими покрытиями на пло-щади в контуре траншей котлована или выемки с уширен и ем с каждой стороны на глубину промерзания. Толщина слоя утепли-теля определяется расчетом.

Способы оттаивания мерзлых грунтов основаны на том, что за счет теплоты, передаваемой в слой мерзлого грунта, лед в его по-рах растапливается и грунт делается талым.

Способы оттаивания мерзлого грунта классифицируют по на-правлению распространения теплоты и применяемому виду теп-лоносителя. По первому признаку выделяют три способа оттаи-вания фунта: сверху вниз (поверхностный); снизу вверх (глубин-ный); по радиальному направлению. По виду теплоносителя различают следующие основные способы оттаивания мерзлых фунтов: огневой, в тепляках горизонтальными и вертикальными электродами с подключением к источникам электроэнергии (элек- тропрофев); с помощью пара или водяных регистров, водяными циркуляционными иглами; солевыми растворами; предваритель-но нагретым песком или шлаком.

Подготовку к разработке мерзлых фунтов с помощью оттаива-ния следует применять в стесненных условиях, фуднедоступных местах и при незначительных объемах работ (до 50 м 3), а также при невозможности использования других, более экономичных способов. При глубине промерзания фунта более 0,4 м его оттаи-вание лучше производить радиальным (глубинным) методом, ус-танавливая нафеватели в толщине мерзлого фунта. Профев фун-та производят с помощью нагревательных приборов в виде игл, устанавливаемых в пробуренных в мерзлом слое скважинах. Иглы могут быть электрические, водяные циркуляционные и паровые. Электрические иглы делают из фуб длиной 1,5 м, внутри которых размещают электрические нафевательные элементы сопротивле-ния из нихромовой проволоки. Устанавливают иглы в пробурен-ные скважины.

Водяные иглы требуют устройства специальной котельной, а теплопроводы — постоянного надзора, так как в сильные моро-зы возможно их замерзание. Водяные и паровые иглы неэкономичны и используются очень редко. При меньшей глубине про-мерзания допускается применять способ поверхностного оттаива-ния.

Иглы для оттаивания грунта

а — водяная циркуляция; б — электрическая; 1 — фланец; 2 — внутренняя трубка;
3 — труба; 4 — наконечник; 5 — нихромовая спираль: 6 — асбестовый порошок

Работа землеройных машин с подготовленным к разработке грунтом должна производиться непрерывно и круглосуточно уз-ким фронтом во избежание промерзания грунта во время пере-рывов.

Для предотвращения промерзания грунта в отрытых траншеях и вторичного смерзания разрыхленного грунта необходимо: не раскрывать площади грунта, покрытые теплоизоляционными ма-териалами или снегом, до начала производства работ; защищать от промерзания грунт открытых частей котлованов, траншей, под-лежащих разработке при последующих проходках.

Обратную засыпку котлованов и траншей следует производить, выполняя следующие требования: количество мерзлых комьев в грунте, которым засыпаются пазухи между стенками котлованов или траншей, не должно превышать 15% общего объема засыпки. Траншеи, разработанные в зимнее время, следует засыпать немед-ленно после укладки и испытания труб, не допуская повреждения их изоляции.

По мере замерзания механическая прочность грунта резко возрастает, что приводит к увеличению затрат машинного времени и труда на его разработку, а следовательно и к удорожанию стоимости работ. В связи с этим при необходимости проведения земляных работ в зимнее время принимают меры по предохранению грунта от промерзания, а разрабатывают его только после оттаивания или рыхления.

Предохранение грунта от промерзания. Обеспечивают, создавая на его поверхности термоизоляционный слой; разрыхляя верхний грунтовый слой; укрывая грунт различными теплоизоляционными материалами.

Рыхлят грунт до его замерзания вспахиванием и боронованием, предварительно обеспечив отвод поверхностных вод. Обработанный таким образом верхний слой грунта приобретает рыхлую структуру с замкнутыми пустотами, заполненными воздухом, и обладает достаточными термоизоляционными свойствами. Вспашку ведут тракторными плугами на глубину 200...350 мм с последующим боронованием на глубину 150...200 мм. Искусственное увеличение снежного покрова сгребанием снега бульдозерами, автогрейдерами или путем снегозадержания с помощью щитов позволяет повысить термоизоляционный эффект. Механическое рыхление грунта чаще всего используют для утепления значительных по площади участков.

Защита поверхности грунта термоизоляционными материалами эффективна на небольших по площади участках и при наличии местных дешевых материалов, древесной листвы, опилок и стружки, моха, торфа, соломы, шлака. Термоизоляционные материалы укладывают слоем 200... 400 мм непосредственно по грунту

Оттаивание мерзлого грунта. Является наиболее дорогим и трудоемким способом, поэтому его применяют при небольших объемах работ.

Наибольшее распространение в строительной практике нашли следующие способы оттаивания мерзлого грунта: огневой, электропрогрев, паропрогрев и водопрогрев (рис. 16).

Огневой способ основан на сжигании различного топлива на поверхности грунта под прикрытием металлического короба с вытяжной трубой {рис. 6.16.а). Для уменьшения теплопотерь короб укрывают шлаком или талым грунтом. Полосу оттаявшего грунта засыпают опилками, и нижележащий слой оттаивает за счет аккумулированного верхним слоем тепла.

котлован грунт экскаватор бульдозер

Рис. 16. Схема оттаивания мерзлого грунта: а--огневым способом; б--электропрогревом с использованием горизонтальных электродов; в--то же, с использованиев вертикальных электродов; г--паронагревом; 1--секция короба; 2--утеплитель; 3--вытяжная труба; 4--оттаявший грунт; 5--трехфазная электрическая сеть; 6--горизонтальные полосовые электроды; 7--слой опилок; 8--слой толя или рубероида; 9--стержневой электрод; 10--порапровод; 11--паровая игла; 12--пробуренная скважина; 13--колпак.

Электропрогрев грунта ведут с помощью электродов, располагаемых на поверхности или погружаемых вертикально в мерзлый грунт.

При использовании горизонтальных электродов поверхность грунта засыпают слоем опилок толщиной 150...200 мм (рис. 6.16.6). Опилки смачивают водным солевым раствором концентрации 0,2...0,5% для увеличения электропроводимости в начальный период оттаивания, так как мерзлый грунт не является проводником. После того, как грунт верхнего слоя, оттает, он сам становится проводником, а слой опилок выполняет рать термозащитного слоя. Поверхностный электропрогрев применяют при глубине промерзания грунта до 0,7 м.

При большей глубине промерзания используют вертикальные электроды. Оттаивание ведут сверху вниз или снизу вверх (рис. 16,в).

При оттаивании сверху вниз электроды в виде штырей забивают в грунт в шахматном порядке на глубину 200...250 мм и засыпают опилками, пропитанными концентрированным солевым раствором. По мере оттаивания верхних слоев электроды периодически погружают все глубже. Расход энергии при этом способе несколько ниже, чем при горизонтальном расположении электродов.

Прогрев снизу вверх требует погружения электродов на 150.-.200 мм ниже глубины промерзания грунта, для чего в грунте предварительно бурят скважины. Поверхность оттаиваемого грунта опилками не укрывают. Расход энергии при отогреве грунта снизу вверх значительно снижается, по сравнению с отогревом сверху вниз.

Паропрогрев грунта осуществляют с использованием паровых игл, устанавливаемых в предварительно пробуренные скважины на глубину 0,7 глубины оттаивания (рис. 16,г).

Паровая игла представляет собой трубу длиной 1,5...2 м, диаметром 25.,.50 мм. На нижней части трубы насажен наконечник с отверстиями 2...3 мм для выхода пара. Иглы по верху соединены паропроводом. Для наиболее эффективного использования пара и сокращения его потерь скважины сверху накрывают защитными колпаками, имеющими отверстия для пропуска паровой иглы.

После установки аккумулирующих колпаков прогреваемую поверхность покрывают слоем опилок или другим термоизоляционным материалом. Располагают иглы в шахматном порядке на расстоянии 1...1.5 м друг от друга.

Водопрогрев грунта ведут с применением водяных циркуляционных игл, установка которых аналогична паровым иглам. Теплоносителем здесь является вода, нагретая до 50...60 °С, которая циркулирует по замкнутому контуру «котел -- разводящие трубы -- водяные иглы -- обратные трубы -- котел». Такая схема обеспечивает наиболее полное использование тепловой энергии.

Водяная игла состоит из внутренней и наружной труб. Наружная труба имеет заостренный глухой нижний конец, а внутренняя -- открытый. Во внутреннюю трубу подают горячую воду, которая через нижнее отверстие поступает в наружную трубу, поднимается вверх к выходному патрубку и по соединительной трубе поступает к следующей игле или в обратный трубопровод. Иглы располагают в шахматном порядке на расстоянии 0,75...1,25 м друг от друга

Предварительное рыхление мерзлых грунтов. Осуществляют механическим и взрывным способами.

Механическое рыхление применяют при небольших объемах работ и сравнительно малых глубинах промерзания (до 1,3 м). Для рыхления используют клин-молоты, дизель-молоты и тракторные рыхлители, многоковшовые экскаваторы, оборудованные цепями-борами (рис. 17).

Клин-молот подвешивают к стреле крана, а дизель-молот является навесным оборудованием к крану, тракторопогрузчику и трактору.

Тракторные рыхлители монтируют на базе гусеничных тракторов с мощностью двигателя более 110 кВт или используют для них навесное оборудование Рабочий орган рыхлителя представляет собой гребенку с зубьями, число которых составляет 1...5.

Мерзлые грунты можно разрабатывать с предварительной нарезкой на блоки. При этом методе в массиве мерзлого грунта с помощью баровых, дискофрезерных и других машин устраивают взаимно перпендикулярные прорези на глубину 0,8 глубины промерзания Полученные блоки вынимают ковшом экскаватора или отодвигают бульдозером.

Рис. 17. Схема рыхления грунтов: а--клин-молотом; б--дизель-молотом; в--многоковшовым экскаватором, оборудованным режущими цепями-барами; 1--клин-молот; 2--экскаватор; 3--направляющая штанга; 4--дизель-молот; 5--режущие цепи (бары); 6--многоковшовый экскаватор; 7--щели в мерзлом грунте

Рыхление мерзлого грунта взрывом применяют при больших объемах работ и значительной глубине промерзания. Этот метод отличает экономичность, особенно тогда, когда кроме рыхления требуется перемещение грунта в отвал. Методика выполнения взрывных работ описана ранее.

Мерзлые грунты делятся на твердомерзлые (сильно увлажненные пески), имеющие наибольшую механическую прочность; пластичномерзлые (связные грунты), в которых часть воды находится в незамерзшем состоянии; сыпучемерзлые. На промерзание грунта влияют: уро-зз

вень грунтовых вод; наличие растительного слоя, листьев, снега; длительность пониженных температур. Свойства грунтов зависят от температуры и влажности. Это особенно проявляется при температуре от О до 10°С. Опасно явление вспучивания грунта, при котором вода заполняет все поры. Вспучиванию подвержены мокрые и влажные грунты, особенно глины.

Способы разработки мерзлых грунтов делятся натри группы: предотвращение замерзания, предусматривающее такие мероприятия, как вспахивание, утепление, засоление; оттаивание , включающее огневой способ, электроразогрев, паропрогрев, электрохимический способ; механическое разрушение специальными баровыми машинами, рыхлителями на базе тракторов или экскаваторами с активными зубьями, а также взрывом.

Предохранение грунта от промерзания должно быть проведено после окончания периода дождей, но до первого снега и наступления заморозков. Предотвращение замерзания достигается сохранением (консервацией) в грунтах внутреннего тепла, поступающего из недр.

Вспахивание поверхности (автогрейдером или рыхлителем) выполняют плугами или фрезами на глубину до 35 см в двух взаимно-пер-пендиклярных направлениях. Поверхностный слой на глубину до 7 см боронуют. Вспашка и боронование нарушают вертикальную сплошность грунтовых капилляров, затрудняя процесс тепло- и вла-гопереноса. Эти мероприятия сохраняют грунт в талом состоянии на

1- 2 мес. в начале зимы при средней температуре наружного воздуха до -3°С. Эффект усиливается при устройстве снегозадержания (установка штакетника из щитов или устройство бульдозером, автогрейдером снеговых валов).

Утепление поверхности грунта проводят теплоизоляционными материалами: шлаковатными матами, опилками, шлаком, сухим торфом, соломой, пенопластом, полимерной пеной. Применяется при небольших ровных площадках с эффектом, как и от вспахивания в первые месяцы зимы.

Засоление. Разрыхленный верхний слой грунта смешивают с минеральными солями соляной (азотной) кислоты или же поливают раствором этих солей. Цель засоления грунта состоит в последующей пропитке его за счет концентрированного солевого состава. Соли снижают критическую точку льдообразования. Пропитку производят за

2- 3 месяца до установления отрицательных температур. На пропитку слоя грунта 1 м и площади 1 м 2 расходуется до 9 кг соли. Можно вводить также противоморозные добавки - хлористый натрий или хлористый кальций.

Оттаивание. Оттаивание можно выполнять поверхностным методом сверху вниз, т.е. с применением огневого метода, тепляков, химических способов, горизонтальными электродами, уложенными в шахматном порядке и засыпанными теплоизолирующим токопроводящим материалом; в радиальном направлении и глубинное снизу вверх с помощью водяных, паровых и электрических игл и электродов.

Оттаивание сверху вниз и снизу вверх при электрохимическом способе заключается в следующем: на поверхности грунта нарезаются борозды во взаимно-перпендикулярных направлениях. В места пересечения борозд погружают стальные электроды, а сами борозды заполняют раствором соли. Оттаивание снизу вверх происходит за счет разогрева талого грунта; оттаивание сверху вниз осуществляется за счет выделения тепла при прохождении током слоя раствора соли.

Оттаивание в радиальном направлении происходит при паропро-греве. На поверхности мерзлой земли укладывают перфорированные трубы. Теплоноситель пропускают через специальные устройства, помещенные вертикально в толщу грунта (иглы, тэны).

Механическое разрушение мерзлых грунтов производят машинами со специальными рабочими органами или взрывным способом.

При взрывном способе шпуры или скважины располагают по горизонтальной площадке в шахматном порядке в вертикальном направлении. Глыбы грунта не должны превышать 0,4 емкости ковша. При разработке грунта забой делят по 2-3 захватки. На первой захватке бурят шпуры, заряжают, взрывают; на второй захватке работы не ведутся, а на третьей проводят разработку грунта. Рыхление наиболее эффективно при двух обнаженных поверхностях. Взорванный грунт должен быть быстро убран до замерзания. Шпуры можно просверлить заранее до наступления холодов.

Механическое рыхление производят машинами (кранами-экскаваторами, бульдозерами), на базе которых монтируют рабочие органы - рыхлители (рис. 1.17).

При небольшой глубине промерзания рыхление осуществляют клин-бабой или шар-бабой с высоты 2-4 м, подвешенными на стреле экскаватора. При глубине до 1,3 м рыхлят клин-молотом, внедряемым в грунт копровыми установками, оснащенными паровыми или дизельными молотами, электроразрядными молотами, подвешенными на тракторе С-80. При малой глубине промерзания часто рыхлят одноковшовыми экскаваторами с обратной лопатой с «активными зубьями» путем перелопачивания супесчаных и гравелистых грунтов или окучивания с применением драглайна.

Рис. 1.17. Технологические схемы рыхления и разработки мерзлого грунта комплектом машин (размеры в м): а- экскаватором-драглайном 1 и стальным клином 2; 3 - граница безопасной зоны работ; 4 - автосамосвал; б - экскаватором обратная лопата 5 и трехклинным рыхлителем 6; в - экскаватором обратная лопата 5 и баровой установкой 7; г - экскаватором обратная лопата 5 и дисковой фрезой 8; д- рыхление мерзлого грунта навесным рыхлителем;

• 9- начало рыхления; 10 - диагональные проходки;
• 11 - навесной тракторный рыхлитель;
• 12- продольные проходки

При разработке котлованов для рыхления грунта используют навесные (статические) рыхлители и землеройные фрезерные машины, а также баровые машины для нарезки грунта на блоки. Монолитность

мерзлых грунтов нарушают нарезкой на блоки с помощью машин, оборудованных дисковыми пилами или барами. Существует несколько способов нарезки и последующей разработки грунта: машина нарезает двумя дисками прорези в грунте, а затем грунт разрабатывается экскаватором; машина нарезает одним диском блоки со стороной, в 2-4 раза превышающей их толщину, с последующим волочением в отвал трактором; прорезают две параллельные щели глубиной 50 мм с последующим извлечением грунта трактором.