Разработка мерзлых грунтов

Значительная часть территории России расположена в зонах с продолжительной и суровой зимой. Вследствие этого около 15% общего объема земельных работ приходится выполнять в зимних условиях и при мерзлом состоянии грунта. Механическая прочность мерзлых грунтов существенно возрастает (до 100 раз), что затрудняет разработку, увеличивает трудоемкость в 3-7 раз, ограничивает применение некоторых механизмов (экскаваторов, бульдозеров, грейдеров). В то же время выемки зимой можно выполнять без откосов, иногда отпадает необходимость в ограждениях стенок выемок и практически всегда в водоотливе.

В зависимости от местных условий используют следующие методы разработки мерзлых грунтов:

· предохранение грунтов от промерзания с последующей разработкой обычными методами;

· оттаивание грунтов с разработкой их в талом состоянии;

· разработка мерзлых грунтов с предварительным рыхлением;

· непосредственная разработка мерзлых грунтов.

Предохранение грунтов от промерзания.

Предохранение грунтов от промерзания проводится до наступления устойчивых отрицательных температур с заблаговременным отводом со строительного участка поверхностных вод.

Для этого применяются следующие методы:

а) поверхностное рыхление – тракторными рыхлителями или плугами на глубину 30-35 см с последующим боронованием на глубину 15-20 см;

б) глубинное рыхление – экскаваторами путем последовательной перекидки грунта (рис.4.35.);

в) перекрестное рыхление, производится рыхлителями или плугами на глубину 30-40 см, двумя проходками под углом 90-60°;

г) укрытие поверхности утеплителями:

· природными (мох, листья, торф, стружки, опилки и т.п.);

· искусственными (пенополистирол, минераловатные плиты и т.п.);

· снегом (снегозадержание с помощью щитов 1.5х2 м, рядами через 20 м или сгребание выпавшего снега в валы через 15-20 м, расположенными перпендикулярно направлению господствующих ветров).

д) утепление воздушной прослойкой (рис.4.36.).

Рис. 4.35. Схема глубинного рыхления:

I – IV– последовательность экскаваторных проходок; 1 – направления перекидки грунта.

Рис. 4.36. Схема утепления грунта воздушной прослойкой:

1 – лежень 8-10 см; 2 – доски; 3 – утеплитель =15-20 см; 4 – водонепроницаемая пленка.

Оттаивание грунтов.

Оттаивание происходит за счет теплового воздействия на мерзлый грунт и характеризуется значительными трудоемкостью и энергозатратами. Применяется достаточно редко, когда другие методы неприемлемы – вблизи действующих коммуникаций и кабелей, в стесненных условиях, при аварийных и ремонтных работах.

Поверхностное оттаивание.

Применяется при отрывке траншей в мерзлом грунте. В этом случае поток тепла распространяется сверху вниз. Осуществляется теплым воздухом, дымовыми газами, паровыми или водяными батареями.

Рис. 4.37. Схема поверхностного оттаивания:

1 – камера сгорания; 2 – вытяжная труба; 3 – утеплитель; 4 – зона талого грунта; 5 – теплогенератор (вместо камеры сгорания); 6 – мерзлый грунт.

Для поверхностного оттаивания могут применятся горизонтальные электроды из полосовой или круглой стали, подключенные к электрической сети и укрытые утеплителем =15-20 см, смоченным солевым раствором, обеспечивающим токопроводимость и нагрев.

Радиальное оттаивание

Производится вертикально погружаемыми электродами (через 0,5-0,7 м) или паровыми иглами (через 1-2 м).

Рис. 4.38. Схема радиального оттаивания грунта паровыми иглами:

1 – паропровод; 2 – вентиль; 3 – паровая игла; 4 – пробуренная скважина; 5 – защитный колпак; 6 – зона талого грунта.

Глубинное оттаивание.

В качестве теплонагревателей применяют электроиглы или ТЭНы (теплоэлектронагреватели). ТЭНы представляют собой стальные трубы длинной около 1 м, 50-60 мм, с размещенным внутри электронагревательным элементом, изолированным от стенок трубы. Пространство между нагревательным элементом и трубой заполняют диэлектрическим материалом, хорошо передающим и сохраняющим тепло (песок, соль и др.), ТЭНы вставляют в скважины, пробуренные в шахматном порядке с шагом около 1м.

Разработка мерзлых грунтов с рыхлением.

Применяют 2 метода:

· механическое рыхление:

· статическое (бульдозер с риппером, экскаватор-рыхлитель);

· динамическое (молоты механические, дизельмолоты и вибромолоты);

· рыхление взрывом.

Механическое рыхление.

Рис. 4.39. Схема рыхления мерзлых грунтов (динамическое):

а) – рыхление клиновым молотом (клин-бабой); б) – рыхление дизель-молотом; 1 – клин-баба; 2 – экскаватор; 3 – мерзлый слой грунта; 4 – направляющая штанга; 5 – дизель-молот; 6 – клин.

Рыхление взрывом.

Рыхление взрывом применяется в основном на незастроенных участках.

Рис. 4.40. Методы рыхления мерзлых грунтов взрывом:

а) – шпуровыми зарядами; б) – скважинными зарядами; в) – котловыми зарядами; г) – малокамерными зарядами; д) – камерными зарядами; е) – щелевыми зарядами; 1 – заряд взрывчатого вещества; 2 – забойка; 3 – штольня; 4 – шурф; 5 – рабочая щель; 6 – компенсационная щель.

Шпуры сверлятся диаметром 20-50 мм, скважины – до 1100 мм, расстояние между рядами шпуров и скважин – 1 -1,5 м. Щели нарезаются дискофрезерными или баровыми машинами на расстоянии 0,9-1,2 м друг от друга. Компенсационные щели служат для локальной концентрации взрывных сил и для снижения сейсмического эффекта.

Разрыхленный грунт разрабатывается экскаваторами или землеройно-транспортными машинами.

Непосредственная разработка мерзлых грунтов.

Разработка мерзлых грунтов без предварительного рыхления может осуществляться двумя методами:

· блочным;

· механическим.

Блочный метод.

С помощью навесного оборудования – баровой (по типу цепного многоковшового экскаватора) или дискофрезерной (по типу роторного экскаватора) установки грунт нарезают при взаимно перпендикулярных проходках на блоки со стороной 0,6-1,0 м. Разработку нарезанных блоков производят экскаваторами ОЛ с ковшом большой вместимости или волоком в отвал бульдозерами или тракторами.

Рис. 4.41. Последовательность производства работ блочным методом:

а) – удаление снежного покрова; б) и в) – нарезка щелей в грунте баровой машиной; г) – удаление блоков экскаватором с ковшом; д) – удаление блоков экскаватором с грейферным захватом; е) – оттаскивание блоков трактором.

Механический метод.

Используются обычные землеройные и землеройно-транспортные машины со специально разработанными рабочими органами. Применяются ковши экскаваторов с вмонтированными зубьями с виброударниками и захватно-клещевые устройства для скалывания грунта. Совмещаются процессы разрыхления и разработки грунта. Разработку грунта осуществляют и многоковшовыми экскаваторами, специально разработанными для проходки траншей в мерзлых грунтах. Для этой цели служит специальный режущий инструмент в виде клыков, зубьев или коронок со вставками из твердого металла, укрепляемых на ковшах. Применяют также специализированные землеройно-фрезерные машины, снимающие стружку глубиной до 0,3 м и шириной 2,6 м.

Глава 5. Технология устройства фундаментов и подземных сооружений.

Дата добавления: 2014-01-06