Методы производства земляных работ в зимнее время - Контакты компаний и предприятий

Содержание страницы

1. Основные свойства мёрзлых грунтов, способы предохранения грунтов от промерзания
2. Способы оттаивания мёрзлых грунтов
3. Разработка мёрзлых грунтов без предварительного рыхления, способы рыхления мерзлых грунтов
4. Охрана труда при производстве земляных работ

Рассматриваемые вопросы:

1. Основные свойства мёрзлых грунтов, способы предохранения грунтов от промерзания.
2. Способы оттаивания мёрзлых грунтов.
3. Разработка мёрзлых грунтов без предварительного рыхления, способы рыхления мерзлых грунтов.
4. Охрана труда при производстве земляных работ.

1. Основные свойства мёрзлых грунтов, способы предохранения грунтов от промерзания

Современное строительство ведётся круглый год, в связи с чем примерно 15…20 % общего объема земляных работ приходится выполнять при мерзлом состоянии грунта. Разработка грунта в зимних условиях связана с определенными трудностями, так как при отрицательной температуре его верхний слой замерзает и существенно изменяет свои свойства.

Процесс замерзания грунта заключается по существу в замерзании содержащейся в нём воды. Поэтому изменение свойств грунта при замерзании зависит в основном от количества содержащейся в нём воды и от характера заполнения пор.

Механическая прочность грунта при замерзании возрастает и зависит от его гранулометрического состава, влажности и температуры. Она характеризуется временным сопротивлением мерзлого грунта сжатию и растяжению (разрыву). Наибольшей прочностью на сжатие при замерзании обладают влажные песчаные грунты (до 20 МПа). Прочность мерзлого грунта на сжатие в 3…5 раз выше его прочности на растяжение. Поэтому мерзлый грунт легче разрушать скалыванием, чем резанием. Механическая прочность грунта определяет собой его сопротивление резанию и скалыванию.

Пучение мерзлого грунта является следствием расширения замерзшей воды в его порах. Пучению подвергаются все водонасыщенные грунты. Наибольшее пучение (до 10 %) наблюдается у глин, суглинков и пылеватых грунтов. Основания из таких грунтов необходимо предохранять от промерзания, в противном случае, при оттаивании они дадут значительные осадки.

Пластические деформации мерзлого грунта возникают в результате уменьшения сцепления между отдельными его частицами за счет таяния замерзшей воды. Они возрастают с повышением температуры и достигают максимального значения при 0 °С, когда оттаявший грунт под воздействием собственного веса и других нагрузок доходит до текучести. Поэтому при наступлении оттепелей необходимо принимать меры против оползания откосов выемок и насыпей.

Первоначальное разрыхление мерзлого грунта значительно больше талого и зависит от рода грунта и способа его рыхления. Разрыхленный мерзлый грунт плохо поддается уплотнению, и величина его остаточного разрыхления очень мало отличается от первоначальной. Это необходимо учитывать при выборе средств для транспортирования мерзлого грунта, назначении величины запаса на усадку насыпей и т.д.

Теплопроводность мерзлого грунта больше, а теплоемкость меньше, чем талого. Эти свойства являются признаками быстрого промерзания и медленного оттаивания мерзлого грунта.

Электропроводность мерзлого грунта практически очень невелика. Это вызвано тем, что токопроводящая грунтовая вода при замерзании переходит в лед, близкий по своим свойствам к диэлектрику.

Водопроницаемость мерзлого грунта в результате закупорки его пор льдом близка к нулю.

Глубина сезонного промерзания грунта зависит от его гранулометрического состава, влажности, средней температуры и длительности периода охлаждения, наличия снегового покрова и других факторов. Для предварительных расчетов глубина сезонного промерзания принимается по данным метеорологических станций.

Для мерзлых грунтов характерным является значительное увеличение трудоемкости их разработки вследствие повышенной механической прочности. Кроме того, мерзлое состояние грунта усложняет технологию, ограничивает применение некоторых типов землеройных (экскаваторов) и землеройно-транспортных (бульдозеров, скреперов, грейдеров) машин, уменьшает производительность транспортных средств, способствует быстрому износу деталей машин, особенно их рабочих органов. В то же время временные выемки в мерзлом грунте можно разрабатывать без откосов.

В зависимости от конкретных местных условий разработку грунта в зимних условиях осуществляют следующими методами:

предохранением грунта от промерзания и последующей разработкой обычными методами. Этот метод основан на искусственном создании на поверхности участка, намеченного к разработке в зимнее время, термоизоляционного покрова. Эту работу, следует производить до наступления устойчивых отрицательных температур, приняв заранее меры к отводу с отепляемого участка поверхностных вод;
разработкой грунта в мерзлом состоянии с предварительным рыхлением;
непосредственной разработкой мерзлого грунта;
оттаиванием грунта и его разработкой в талом состоянии.

Выбор того или иного способа зависит от вида и размеров земляного сооружения, рода грунта и его состояния, сроков производства работ, наличия соответствующих материально-технических ресурсов, местных условий. Окончательное решение о применении того или иного способа принимается на основании технико-экономического анализа. Из ряда намеченных вариантов выбирается наиболее экономичный.

Способы предохранения грунтов от промерзания. Грунты, подлежащие разработке в зимнее время целесообразно предохранять от промерзания. В качестве мер предохранения применяются вспахивание с боронованием, глубокое рыхление, перекрёстное рыхление, снегозадержание, утепление ледозащитной оболочкой и теплоизоляционными материалами, пропитка грунта растворами солей.

Вспахивание с боронованием применяется в средней полосе для утепления грунтов, подлежащих разработке в первой трети зимы. Вспашку участка производят тракторными плугами, рыхлителями или другими средствами на глубину 30…35 см с последующим глубоким боронованием. В обработанном таким образом грунте образуются пазухи и поры, уменьшающие теплопроводность грунта. Теплоизолирующие свойства вспаханного грунта увеличиваются, если он будет покрыт слоем снега толщиной 25…30 см. Для этого производится искусственное снегозадержание. Для сохранения грунтов в рыхлом состоянии со вспаханного участка необходимо организовать отвод атмосферных вод. При выполнении указанных мер глубина промерзания грунта уменьшается примерно в 3 раза.

Глубокое рыхление предохраняет от промерзания несвязные грунты, но требует выполнения значительного объема земляных работ. Рыхление осуществляется одноковшовыми или многоковшовыми экскаваторами путем перелопачивания грунта отдельными проходками на глубину 1,3…1,5 м. Образующаяся при этом волнистая поверхность способствует задержанию снега. После глубокого рыхления мерзлый слой грунта не выходит за пределы разрыхленной зоны и легко разрабатывается.

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

Снегозадержание является наиболее экономичным способом предохранения грунта от глубокого промерзания, но снегозадержание не всегда возможно из-за отсутствия достаточного количества снега. Коэффициент теплопроводности рыхлого снега в 7…10 раз меньше коэффициента теплопроводности грунта естественной влажности. Поэтому слоем снега в 1…1,5 м, искусственно задерживаемым или нагребаемым, можно с минимальными затратами надежно предохранять от промерзания площади любых размеров.

Ледозащитная оболочка пригодна для утепления горизонтальных участков со слабодренирующим грунтом. Площадка ограждается земляным валом высотой 50…60 см, и по всей ее площади через 1,5…2 м в шахматном порядке забиваются колья высотой 0,4 м над уровнем земли. При наступлении устойчивых морозов участок заливается водой. После образования ледяной корки толщиной 10…15 см воду удаляют через специальные отверстия, которые затем тщательно заделывают. Ледяная оболочка вместе со слоем снега и воздушной прослойкой надежно предохраняет грунт от глубокого промерзания.

Теплоизоляционные покрытия выполняют из дешевых местных материалов: древесных листьев, сухого мха, торфяной мелочи, соломенных матов, шлака, стружек и опилок, укладываемых слоем 20…40 см непосредственно по грунту. Поверхностное утепление грунта применяют в основном для небольших по площади выемок. 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 которым сверху насыпают слой опилок или древесных стружек толщиной 15…20 см с предохранением их от сдувания ветром.

Такое укрытие чрезвычайно эффективно, 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.

Пропитку грунта солевыми растворами ведут следующим образом. На поверхности песчаного и супесчаного грунта рассыпают заданное количество соли (хлористого кальция 0,5 кг/м2, хлористого натрия 1 кг/м2), после чего грунт вспахивают. Соль при этом растворяется в грунтовой воде и равномерно пропитывает грунт. В грунтах с низкой фильтрующей способностью (глины, тяжелые суглинки) пробуривают скважины, в которые под давлением нагнетают раствор соли. Недостатком данного способа является – высокая трудоемкость и стоимость таких работ.

2. Способы оттаивания мёрзлых грунтов

Способы оттаивания мерзлого грунта можно классифицировать как по направлению распространения тепла в грунте, так и по применяемому виду теплоносителя. По первому признаку можно выделить следующие три способа оттаивания грунта.

Оттаивание грунта сверху вниз. Этот способ наименее эффективный, так как источник тепла в этом случае размещается в зоне холодного воздуха, что вызывает большие потери тепла. В то же время этот способ достаточно легко и просто осуществить, он требует минимальных подготовительных работ, в связи с чем часто применяется на практике.

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. 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.

При оттаивании грунта по радиальному направлению тепло распространяется в грунте радиально от вертикально установленных прогревающих элементов, погруженных в грунт. Этот способ по экономическим показателям занимает промежуточное положение между двумя ранее описанными, а для своего осуществления требует также значительных подготовительных работ.

Для выполнения оттаивания грунта по любому из этих трех способов необходимо участок предварительно очистить от снега, чтобы не тратить тепловую энергию на его оттаивание; переувлажнение грунта при этом недопустимо.

В зависимости от применяемого теплоносителя существуют следующие способы 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 разжечь костер или разработать талый грунт и затем на дне ямы развести костер. Применяют способ крайне редко, так как только незначительная часть тепловой энергии расходуется продуктивно.

Огневой способ оттаивания применим для отрывки зимой небольших траншей. Для этого используется звеньевая конструкция 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 со 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 (рис. 1).

Рис. 1 — Оттаивание грунта огневым способом: 1 – камера сгорания; 2 – вытяжная труба; 3 – обсыпка талым грунтом

После смены агрегат убирают, полосу оттаявшего грунта засыпают опилками, дальнейшее оттаивание продолжается за счет аккумулированного в грунте тепла.

Способ электропрогрева основан на пропускании тока через разогреваемый материал, в результате чего он приобретает положительную температуру. Основными техническими средствами являются горизонтальные или вертикальные электроды (рис. 2).

Рис. 2 — Оттаивание грунта способом электропрогрева (размеры в м): а) горизонтальными электродами; б) вертикальными электродами сверху вниз; в) то же, сверху вниз и снизу вверх; 1 – трехфазная электрическая сеть; 2 – горизонтальные полосовые электроды; 3 – слой опилок, смоченный соленой водой; 4 – слой толи или рубероида; 5 – стержневой электрод

При оттаивании грунта горизонтальными электродами по поверхности грунта укладывают электроды из полосовой или круглой стали, концы которых отгибают на 15…20 см для подключения к проводам. Поверхность отогреваемого участка покрывают слоем опилок толщиной 15… 20 см, которые смачивают солевым раствором с концентрацией 0,2…0,5 % с таким расчетом, чтобы масса раствора была не менее массы опилок. Вначале смоченные опилки являются токопроводящим элементом, так как замерзший грунт не является проводником.

Под воздействием теплоты, генерируемой в слое опилок, оттаивает верхний слой грунта, который превращается в проводник тока от электрода к электроду. После этого под воздействием теплоты начинает оттаивать следующий слой грунта, а затем нижележащие слои. В дальнейшем опилочный слой защищает отогреваемый участок от потерь теплоты в атмосферу, для чего слой опилок покрывают толем или щитами. Этот способ применяют при глубине промерзания грунта до 0,7 м. Расход электроэнергии на отогрев 1 м3 грунта колеблется от 150 до 300 МДж, температура в опилках не превышает 80…90 °С.

Оттаивание грунта вертикальными электродами осуществляют с применением стержней из арматурной стали с заостренными нижними концами. При глубине промерзания 0,7 м их забивают в грунт в шахматном порядке на глубину 20…25 см, а по мере оттаивания верхних слоев грунта, погружают на большую глубину.

При оттаивании сверху вниз необходимо систематически убирать снег и устраивать опилочную засыпку, увлажненную солевым раствором. Режим прогрева при использовании стержневых электродов такой же, как и при полосовых, причем во время отключения электроэнергии электроды следует последовательно заглублять по мере прогрева грунта до 1,3…1,5 м. После отключения электроэнергии, в течение 1-2 дней, глубина оттаивания продолжает увеличиваться за счет аккумулированной в грунте теплоты под защитой опилочного слоя. Расход энергии при этом способе несколько ниже, чем при способе горизонтальных электродов.

Применяя прогрев снизу вверх, до начала прогрева необходимо бурить скважины, расположенные в шахматном порядке, на глубину, превышающую на 15…20 см толщину мерзлого грунта. Расход энергии при отогреве грунта снизу вверх существенно снижается, составляя 50…150 МДж на 1 м3, а применять слой опилок не требуется.

При заглублении стержневых электродов в подстилающий талый грунт и одновременном устройстве на дневной поверхности опилочной засыпки (комбинированный способ), пропитанной солевым раствором, оттаивание происходит как в направлении сверху вниз, так и снизу вверх. При этом трудоемкость подготовительных работ значительно выше, чем в первых двух вариантах. Применяют этот способ лишь в исключительных случаях, когда необходимо экстренно осуществить 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, тогда их количество может быть сокращено почти в два раза. Процесс оттаивания грунта протекает относительно быстро.

Паровое оттаивание основано на впуске пара в грунт, для чего применяют специальные технические средства – паровые иглы, представляющие собой металлическую трубу длиной до 2 м, диаметром 25…50 мм. На нижнюю часть трубы насажен наконечник с отверстиями диаметром 2…3 мм. Иглы соединяют с паропроводом гибкими резиновыми шлангами с кранами.

Иглы вставляют в скважины, предварительно пробуриваемые на глубину, равную 70 % глубины оттаивания. Скважины закрывают защитными колпаками, снабженными сальниками для пропуска паровой иглы. Пар подают под давлением 0,06…0,07 МПа. После установки аккумулированных колпаков прогреваемую поверхность покрывают слоем термоизолирующего материала (например, опилок). Иглы располагают в шахматном порядке с расстоянием между центрами 1…1,5 м. Расход пара на 1 м3 грунта составляет 50…100 кг. Этот метод требует расхода теплоты примерно в 2 раза больше, чем метод глубинных 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 — рис. 3

Рис. 3 — Оттаивание грунта электроматами

Прямоугольные электроматы, размеры которых могут закрывать поверхность от 4…8 м2, укладываются на оттаиваемый участок и подсоединяются к источнику электричества напряжением 220В. 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.

Оттаивание электронагревателями основано на передаче теплоты мерзлому грунту контактным способом. В качестве основных технических средств применяют электроиглы, представляющие собой стальные трубы длиной около 1 м, диаметром до 50…60 мм. Внутри иглы установлен нагревательный элемент, изолированный от корпуса трубы. Нагревательный элемент имеет контактные выводы для подключения к электрической цепи. Нагреваясь, он передает тепловую энергию стальному корпусу, а тот мерзлому грунту. При оттаивании грунтов этим способом теплота распространяется в радиальном направлении. Существуют и другие способы оттаивания грунтов.

3. Разработка мёрзлых грунтов без предварительного рыхления, способы рыхления мерзлых грунтов

Разработка мёрзлого грунта (без предварительного рыхления) осуществляется двумя методами – блочным и механическим.

Блочный метод основан на том, что монолитность мерзлого грунта нарушается с помощью разрезки его на блоки, которые затем удаляют экскаватором, строительным краном или трактором (рис. 4). Разрезку на блоки выполняют по взаимно перпендикулярным направлениям. При малой глубине промерзания (до 0,6 м) достаточно сделать только продольные прорезы. Глубина прорезаемых в мерзлом слое щелей должна составлять примерно 80 % от глубины промерзания, так как ослабленный слой на границе мерзлой и талой зон не является препятствием для отрыва блоков от массива. Расстояние между щелями зависит от размеров кромки ковша экскаватора (размеры блоков должны быть на 10…15 % меньше ширины зева ковша экскаватора). Для отгрузки блоков применяют экскаваторы с ковшами вместимостью 0,5 м3 и выше, оборудованные преимущественно обратной лопатой, так как выгрузка блоков из ковша прямой лопатой сильно затруднена.

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

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

Рис. 4 — Схема блочной разработки грунта (размеры в м): а) нарезка щелей баровой машиной; б) метод разработки котлована с извлечением блоков из забоя строительным краном; в) то же, с извлечением блоков трактором; 1 – мерзлый слой грунта; 2 – режущие цепи (бары); 3 – экскаватор; 4 – щели в мерзлом грунте; 5 – нарезанные блоки; 6 – удаляемые блоки; 7 – стоянки крана; 8 – транспортное средство; 9 – клещевой захват; 10 – строительный кран; 11 – трактор

Для зимних условий разработано специальное оборудование для одноковшовых экскаваторов – ковши с виброударными активными зубьями и ковши с захватно-клещевым устройством (рис. 5). 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, приносит хорошие результаты. За счет избыточного режущего усилия такие одноковшовые экскаваторы могут послойно разрабатывать массив мерзлого грунта. Процесс рыхления и экскавации грунта происходит одновременно.

Разработку грунта осуществляют и многоковшовыми экскаваторами, специально разработанными для проходки траншей в мерзлом грунте. 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.

Рис. 5 — Механический способ непосредственной разработки грунта: а) ковш экскаватора с активными зубьями; б) разработка грунта экскаватором «обратная лопата» и захватно-клещевым устройством; в) землеройно-фрезерная машина; 1 – ковш; 2 – зуб ковша; 3 – ударник; 4 – вибратор; 5 – захватно-клещевое устройство; 6 – отвал бульдозера; 7 – гидроцилиндр для подъема и опускания рабочего органа; 8 – рабочий орган (фреза)

Способы рыхления мёрзлых грунтов. Рыхление мёрзлого 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 слоя мерзлого грунта статическим или динамическим воздействием.

При динамическом воздействии на грунт осуществляется его раскалывание или сколы молотами свободного падения и направленного действия. Этим способом рыхление грунта производят молотами свободного падения (шар- и клин-молотами), подвешенными на канатах на стрелы экскаваторов, либо молотами направленного действия, когда рыхление осуществляется сколом грунта (рис. 6).

Рис. 6 — Рыхление мерзлого грунта динамическим воздействием (размеры в м): а) схема рыхления молотом свободного падения; б) то же, дизель молотом; в) то же, вибромолотом; г) глубина промерзания менее 1,5 м; д) глубина промерзания более 1,5 м; 1 – молот; 2 – экскаватор; 3 – мерзлый слой грунта; 4 – направляющая штанга; 5 – дизель-молот; 6 – вибромолот

Шар-молот изготавливается из стального литья шаровидной и грушевидной формы. Клин-молот (весом 2,4…4,5 т) может быть литым или сварным из проката; конусным, с двусторонним клином или с двусторонним клином и дополнительными зубьями. Количество ударов по одному месту зависит от глубины промерзания и рода грунта, веса и высоты подъёма груза. 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 при рыхлении песчаных и супесчаных грунтов, клины-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.

Статическое воздействие основано на воздействии непрерывного режущего усилия в мерзлом грунте специальным рабочим органом – зубом. Для этого применяют специальное оборудование, у которого непрерывное режущее усилие зуба создается за счет тягового усилия трактора-тягача. Машины этого типа производят послойную проходку мерзлого грунта, обеспечивая за каждую проходку глубину рыхления порядка 0,3…0,4 м.

Рыхлят грунт параллельными (примерно через 0,5 м) проходками с последующими поперечными проходками под углом 60…90° к предыдущим. Производительность рыхлителя 15…20 м3/ч. В качестве статических рыхлителей применяют гидравлические экскаваторы с рабочим органом – зубом-рыхлителем (рис. 7). Широко используются для рыхления баровые установки.

Рис. 7 — Рыхление мерзлого грунта статическим воздействием: а) бульдозерно-рыхлительным агрегатом; б) экскаватором-рыхлителем; 1 – направление хода рыхлителя

Возможность послойной разработки мерзлого грунта делает статические рыхлители применимыми независимо от глубины промерзания.

Рыхление взрывом наиболее экономично при больших объемах работ, значительной глубине промерзания, в особенности, если энергию взрыва используют не только для рыхления, но и для выброса земляных масс в отвал (рис. 8). Но этот способ можно применять только на участках, расположенных вдали от жилых домов и промышленных зданий. При использовании укрытий и локализаторов (тяжёлых пригрузочных плит) взрывной способ рыхления грунтов можно применять и вблизи зданий.

В зависимости от глубины промерзания грунта взрывные работы выполняют методами:

шпуровых и щелевых зарядов при глубине промерзания грунта до 2 м;
скважинных и щелевых зарядов при глубине промерзания свыше 2 м.

Рис. 8 — Рыхление мерзлого грунта взрывом (размеры в м): а) схема расположения щелевых зарядов; б) профиль выемки; в) общая организационная схема; 1 – зарядная щель; 2 – компенсирующая щель; 3 – автосамосвал; 4 – экскаватор для разработки немерзлого грунта; 5 – бульдозер;6 – экскаватор для погрузки мерзлого разрыхленного взрывом грунта; I…III – захватки

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 заряжается одна средняя, 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 забивают песком. При взрывании мерзлый грунт полностью дробится, не повреждая стенок котлована или траншеи.

4. Охрана труда при производстве земляных работ

Требования охраны труда при производстве земляных работ регламентируются действующими нормативными документами, основные положения изложены в ТКП 45-1.03-40-2006 «Безопасность труда в строительстве. Общие требования», ТКП 45-1.03-44-2006 «Безопасность труда в строительстве. Строительное производство».

Перед началом земляных работ, в соответствии с проектом, на местности должны быть отмечены все подземные сооружения, расположенные в зоне разработки грунта. Особую осторожность следует проявлять, если на участке находятся электрокабели, так как их повреждение во время производства работ может привести к несчастным случаям.

Земляные работы в зонах подземных коммуникаций можно проводить только с письменного разрешения организации, в ведении которой находятся эти коммуникации, и в присутствии их представителя. Для предохранения сооружения от возможных повреждений принимают соответствующие меры. В местах расположения электрокабелей грунт разрешается разрабатывать только при помощи лопат; ударные инструменты (ломы, кирки и др.) применять не разрешается.

Если на участке оказываются подземные сооружения, не предусмотренные проектом, работы на этом месте приостанавливают до выяснения характера обнаруженного сооружения.

В случае появления в разрабатываемых выемках вредных газов, рабочих нужно эвакуировать, а работы прекратить до принятия мер по обезвреживанию места загрязнения.

Для спуска рабочих в котлованы и траншеи должны быть установлены стремянки шириной не менее 0,75 м с перилами, а в узких местах – приставные лестницы; пользоваться для этой цели распорками креплений запрещается.

Территорию производства работ в населенных пунктах необходимо ограждать c предупредительными надписями; в ночное время – освещать.

Движущиеся по отсыпанной насыпи транспортные и землеройные машины не должны приближаться к бровке ближе, чем на 0,5 м. При работе в ночное время рабочие места должны быть освещены, а землеройные, транспортные и землеройно-транспортные машины должны иметь индивидуальное освещение.

Котлованы и траншеи разрабатывают с устройством откосов либо с креплением их стенок. Предельно допустимая крутизна откосов котлованов и траншей и правила их рытья с вертикальными стенками без креплений

установлены нормативной документацией в зависимости от группы грунта, его влажности и глубины выемки. При разработке выемок с вертикальными стенками состояние креплений необходимо проверять ежесменно.

Снимать крепления разрешается лишь в присутствии производителя работ или мастера; крепления снимают в направлении снизу вверх по одной доске при слабых грунтах, по две и не более трех – при устойчивых грунтах.

В зимнее время земляные работы по устройству котлованов и траншей с вертикальными стенками допускаются без креплений только на глубину промерзания грунта. При дальнейшем углублении стенки надо крепить.

Материалы, транспортные средства и механизмы вдоль верхней бровки котлованов и траншей необходимо размещать вне призмы обрушения. Исходя из этого, расстояние от оси погрузочного пути до бровки разрабатываемого откоса (при угле наклона его меньше или равном углу естественного откоса) принимают: для железнодорожного пути нормальной колеи – 4 м; автотранспорта и железнодорожного пути узкой колеи – 2,5 м. Экскаваторы во время работы следует располагать на спланированных площадках.

Пребывание людей в пределах призмы обрушения и в зоне разворота стрелы экскаватора запрещается. Получающиеся в забоях «козырьки» немедленно срезают. Погрузка грунта на автомобили экскаваторами должна производиться со стороны заднего или бокового борта автомобиля.

При гидромеханических работах вблизи населенного пункта территорию производства работ ограждают. Перед началом работ людей удаляют из района действия струи гидромонитора. Запрещается увеличивать рабочее давление гидромонитора сверх указанного в заводском паспорте. Воздушные линии электропередач, проходящие над забоем, должны быть перенесены, – возможность соприкосновения струи воды с проводами высокого напряжения должна быть исключена. Работа гидромонитора во время грозы запрещается. К работе допускаются лица, прошедшие техминимум и сдавшие экзамен по технике безопасности.

В зимних условиях во время работ по креплению откосов и берегов в необходимых местах устраивают дощатые настилы для прохода рабочих. При подаче на откос камня, бревен, фашин и других материалов рабочих удаляют из района складывания. При наступлении оттепели необходимо следить за состоянием льда и регулировать движение людей и транспорта.

Источник

#G0

Производство земляных работ в зимних условиях

В строительстве из общего объема земляных
работ от 20 до 25% выполняется в зимних
условиях, при этом доля грунта,
разрабатываемого в мерзлом состоянии,
остается постоянной — 10-15% с возрастанием
из года в год абсолютного значения этого
объема. Следовательно, оптимизация
технологии земляных работ в зимних
условиях является существенным резервом
повышения эффективности строительного
производства.

В практике строительства возникает
необходимость разрабатывать грунты,
находящиеся в мерзлом состоянии только
в зимний период года, т.е. грунты сезонного
промерзания, или в течение всего года,
т.е. вечномерзлые грунты.

Разработка вечномерзлых грунтов может
производиться теми же способами, что и
мерзлых грунтов сезонного промерзания.
Однако при возведении земляных сооружений
в условиях вечной мерзлоты необходимо
учитывать специфические особенности
геотермического режима вечномерзлых
грунтов и изменение свойств грунтов
при его нарушении.

При отрицательных температурах замерзание
воды, содержащейся в порах грунта,
существенно изменяет строительно-технологические
свойства нескальных грунтов. В мерзлых
грунтах значительно увеличивается
механическая прочность, в связи с чем
разработка их землеройными машинами
затрудняется или вообще невозможна без
подготовки.

Глубина промерзания зависит от температуры
воздуха, длительности воздействия
отрицательных температур, рода грунта
и др.

В технологическом проектировании для
предварительных расчетов глубина
промерзания принимается по данным
ближайшей метеорологической станции
или

справочника по климату. В зимних условиях
земляные работы могут производиться:
с предварительной подготовкой мерзлого
грунта для разработки; с непосредственной
разработкой мерзлых грунтов в естественном
состоянии специально оборудованными
для этой цели машинами.

Предварительная подготовка грунта для
разработки выполняется одним из следующих
способов: предохранением грунта от
промерзания, рыхлением мерзлого грунта,
оттаиванием мерзлого грунта.
Непосредственная разработка мерзлых
грунтов может осуществляться блочным
способом или землеройными машинами с
рабочим оборудованием, разрушающим
мерзлый грунт в естественном залегании.
Разрабатывать мерзлый грунт одноковшовыми
экскаваторами в зависимости от емкости
ковша допускается при толщине мерзлого
слоя от 0,25 до 0,4 м.

Уменьшение глубины промерзания позволяет
сократить дополнительные затраты,
связанные с производством земляных
работ в зимнее время, и достигается
созданием теплоизоляции на участке
разработки или химическим методом-пропиткой
грунта солевыми растворами, понижающими
температуру замерзания воды в порах
грунта. Грунт защищают от промерзания,
если заблаговременно известно
месторасположение выемки.

Рыхление взрывами — один из основных
способов подготовки мерзлых грунтов
для разработки экскаваторами. Этот
способ весьма эффективен при глубине
промерзания более 1 м и больших объемах
работ, выполняемых на вновь осваиваемых
территориях или вдали от зданий и
сооружений.

Сущность взрывного способа рыхления
состоит в дроблении мерзлого грунта
энергией взрыва зарядов, размещаемых
в полостях, предварительно созданных
в грунте (шпуры, скважины, рукава, котлы,
щели).

Заряд ВВ для рыхления мерзлого грунта
может быть определен расчетом (см.
формулы 1 и 2).

Механическое рыхление мерзлого грунта
применяют при глубине промерзания от
0,4 до 1,5 м и небольших по площади выемках
траншей или котлованов.

Сущность механического рыхления состоит
в дроблении или сколе мерзлого слоя
динамическим или статическим воздействием,
которое осуществляют сменным рабочим
оборудованием, устанавливаемым на
базовой машине (экскаваторе, тракторе
и др.). Динамическое воздействие производят
ударным, вибрационным и виброударным
способами.

При ударном способе используют шар-молот
или клин-молот, дизель-молот, клиновые
тракторные рыхлители и др.

Статическим воздействием разрушение
мерзлого грунта осуществляется непрерывно
рабочим органом, состоящим из одного
или нескольких (до 5) зубьев, внедряемых
в грунт при движении трактора (тягача).

При рыхлении статическим
воздействием стоимость и затраты труда
на 1 мразработанного грунта ниже, чем при
ударном.

Оттаивание мерзлых грунтов применяют
при незначительных объемах работ, в
стесненных условиях, труднодоступных
местах и в тех случаях, когда невозможно
использовать более экономичные и менее
энергоемкие способы. Сущность метода
оттаивания заключается в том, что
теплота, передаваемая в слой мерзлого
грунта, растапливает лед в его порах и
обращает грунт в талое состояние.

Способы оттаивания классифицируют: по
виду энергии — на тепловую, электрическую,
энергию химических реакций; по виду
теплоносителя — на воздух, пар, воду; по
направлению распространения теплоты
в грунте.

Огневой способ наименее экономичен, но
благодаря простоте находит применение
при аварийно-ремонтных работах.

Химическое оттаивание мерзлых грунтов
производится путем введения в грунт
раствора хлористого натрия под действием
которого растворяются кристаллы льда
в порах мерзлого грунта, и его можно
разрабатывать обычными землеройными
машинами.

Блочный метод разработки предусматривает
разработку мерзлого грунта, монолитность
которого нарушена посредством разрезки
его на блоки (полосы). Специализированными
машинами или навесным оборудованием
нарезают щели шириной от 5 до 15 см
параллельными и пересекающимися
проходками, а отдельные блоки затем
удаляют экскаватором, бульдозером или
краном.

Выполнение земляных работ с предварительной
подготовкой мерзлого грунта к разработке
вызывает значительные усложнения работ
и дополнительные затраты. В связи с этим
ведется интенсивный поиск методов
разработки и средств механизации,
позволяющих разрабатывать мерзлый
грунт в естественном залегании.

Для разработки мерзлого грунта без
предварительной подготовки используют
землеройно-фрезерные машины, многоковшовые
и одноковшовые экскаваторы со специальным
рабочим оборудованием, обеспечивающим
разрушение мерзлого грунта в процессе
его экскавации (рис.1).

Рис.1. Технические средства для разработки
мерзлых грунтов без предварительной
подготовки:

а — землеройная машина: 1 — трактор; 2 —
система передачи и управления рабочим
органом; 3 — рабочий орган машины (фреза);
б — ковш экскаватора с активными зубьями:
4 — ковш; 5 — зуб ковша; 6 — ударник; 7 — вибратор

Производство земляных работ в зимних
условиях связано с дополнительными
затратами материально-технических и
энергетических ресурсов, повышением
стоимости и трудоемкости работ, поэтому
необходима тщательная разработка этого
раздела в проекте производства работ
(ППР).

При технологическом проектировании
должны быть определены последовательность
и объем различного вида операций по
подготовке и разработке грунта на основе
комплексной механизации всего процесса,
обеспечивающие минимальные сроки
выполнения работ, трудоемкость и затраты
ресурсов. При разработке грунта в зимних
условиях могут быть применены различные
технологические схемы и комплекты
машин. Рациональные схемы и комплекты
выбирают для конкретного объекта и
времени производства работ и выполняют
на основе всестороннего анализа
технико-экономических показателей.

Технологические схемы разработки грунта
при различном сочетании машин в комплекте
зависят от вида земляного сооружения,
рода грунта, глубины промерзания, наличия
материально-технических ресурсов и др.
Отдельные технологические схемы из
наиболее часто встречающихся в практике
строительства в зимних условиях
представлены на рис.2-4.

Рис.2 Схемы разработки мерзлых грунтов
с предварительным рыхлением:

а — рыхление клин-молотом; б — тракторным
виброклиновым рыхлителем; 1 — автосамосвал;
2 — экскаватор; 3 — клин-молот; 4 — виброклин

Рис.3. Схемы разработки мерзлых грунтов
блочным способом:

а, б — мелкоблочным способом; в, г —
крупноблочным; 1 — удаление снежного
покрова; 2, 3 — нарезка блоков мерзлого
грунта баровой машиной; 4 — разработка
мелких блоков экскаватором или
бульдозером; 5 — разработка талого грунта;
6 — разработка крупных блоков мерзлого
грунта трактором; 7 — то же, краном

Рис.4. Схемы разработки с химическим
оттаиванием грунта:

а — с использованием жидкого
химического реагента: 1 — удаление
снежного покрова; 2 — бурение шпуров; 3 —
разлив раствора химического реагента;
4 — разработка грунта; б —
с предварительным «засолением»
грунта: 5 — снятие растительного слоя; 6
—
рассыпание соли; 7 — боронование грунта;
8 —
разработка грунта

Эффективность разработки мерзлых
грунтов зависит от выбора способа
разработки, который, в свою очередь,
зависит от объема работ, параметров
земляного сооружения, рода грунта,
местных метеорологических и
гидрогеологических условий, наличия
материально-технических и энергетических
ресурсов и др.

Решение об использовании того или иного
способа принимают на основе сравнения
ряда технически целесообразных вариантов
разработки грунта и анализа их
технико-экономических показателей. В
зависимости от конкретных условий
строительства оптимизация решения
указанной задачи может выполняться по
минимуму одного или сочетания нескольких
параметров: стоимости, энергозатрат,
сроков производства работ и т.д.

Источник

Разработка грунта, связанная с рытьем траншеи в зимних условиях, осложняется необходимостью предварительной подготовки и прогрева мороженого грунта.

В городских условиях, при наличии большого количества действующих кабельных линий и других подземных коммуникаций применение ударных инструментов (отбойных молотков, ломов, клиньев и др.) невозможно из-за опасности механического повреждения действующих кабельных линий и других подземных коммуникаций. Поэтому мерзлый грунт до начала работ по рытью траншеи в зоне действующих кабельных линий должен быть предварительно отогрет с тем, чтобы земляные работы вести лопатами без применения ударного инструмента. Наиболее распространенными методами искусственного оттаивания являются термический и электротермический способы.

Методы прогрева грунтов при производстве земляных работ в осенне-зимний период

Электрическими рефлекторными печами
Электрическими горизонтальными и вертикальными стальными электродами
Огневой способ. Костры
Химический способ размораживания грунтов
Паровыми и водяными иглами
Горячим сыпучим теплоносителем (песок, шлак, щебень, грунт, отходы дорожного производства — асфальтобетонная крошка)
Трубчатые электронагреватели (ТЭНы)
Токами высокой частоты
Гидравлическими станциями типа устройства для прогрева почвы от Wacker Neuson
Термоэлектрические маты для прогрева грунта ТМ-800

Рассмотрим вкратце данные технологии, их преимущества и недостатки. При этом одним из основных критериев возможности применения той или иной технологии размораживания грунтов в ОАО «ОЭК» будет являться простота и безопасность выполнения работ, а также скорость размораживания грунтов.

Электрическая рефлекторная печь

Как показал опыт ведения ремонтных работ в условиях городских сетей, наиболее удобным, транспортабельным и быстрым является метод отогрева электрическими рефлекторными печами. В качестве нагревателя в печи применяется нихромовая проволока диаметром 3,5 мм. Рефлектор печи изготовляется из согнутого по оси в параболу с расстоянием от отражающего рефлектора до спирали (фокус) 60 мм алюминиевого, дюралюминиевого или стального хромированного листа толщиной 1 мм. Рефлектор отражает тепловую энергию печи, направляя ее на участок отогреваемого мороженого грунта. Для защиты рефлектора от механических повреждений печь закрывается стальным кожухом. Между кожухом и рефлектором имеется воздушный промежуток, что сокращает потери тепла от рассеивания. Рефлекторная печь присоединяется к электрической сети напряжением 380/220/127 В. При отогреве грунта собирается комплект из трех однофазных рефлекторных печей, которые соединяют в звезду или треугольник соответственно напряжению сети. Площадь отогрева одной печи составляет 0,4X1,5 м²; мощность комплекта печей 18 кВт.

Рис. Рефлекторная печь для отогрева мороженого грунта. 1 — нагревательный элемент, 2 — рефлектор, 3 — кожух; 4 — контактные зажимы

Расход электроэнергии для отогрева 1 м³ мороженого грунта составляет примерно 50 кВт-ч при продолжительности отогрева от 6 до 10 ч. При пользовании печами необходимо также обеспечить безопасные условия производства работ. Место отогрева должно быть ограждено, контактные зажимы для присоединения проводом закрыты, а спирали течи не должны касаться грунта.

Недостатки данного способа: опыт эксплуатации данных устройств в ОАО «МОЭСК» показал необходимость тщательного обслуживания (постоянный надзор за работой) для исключения возможности поражения электрическим током, в следствии перегрева контактов. Незначительная площадь оттаивания. Необходимость организации электроснабжения (стационарными или передвижными источниками, исходя из средней площади прогрева как минимум до 20 кВт/ч).

Тепловые потери в следствии невозможности укрытия данных установок и как следствие низкий КПД (в случае их утепления -возможен перегрев и выход из строя).

Преимущества: при наличии источников питания ~ быстрая транспортировка и настройка в работу. Относительно малый по времени период оттаивания — до 10 час. Энергозатраты на оттаивание средней площадки площадью 16 м² на глубину 0,5 м составляют 400 кВт-час.

Электрические горизонтальные и вертикальные стальные электроды

При оттаивании грунта горизонтальными электродами по поверхности грунта укладывают электроды из полосовой или круглой стали, концы которых отгибают на 15…20 см для подключения к проводам. Поверхность отогреваемого участка покрывают слоем опилок толщиной 15…20 см, которые смачивают солевым раствором с концентрацией 0,2…0,5 % с таким расчетом, чтобы масса раствора была не менее массы опилок. Вначале смоченные опилки являются токопроводящим элементом, так как замерзший грунт не является проводником. Под воздействием теплоты, генерируемой в слое опилок, оттаивает верхний слой грунта, который превращается в проводник тока от электрода к электроду. После этого под воздействием теплоты начинает оттаивать следующий слой грунта, а затем нижележащие слои. В дальнейшем опилочный слой защищает отогреваемый участок от потерь теплоты в атмосферу, для чего слой опилок покрывают толем или щитами. Этот способ применяют при глубине промерзания фунта до 0,7 м. Оттаивание грунта вертикальными электродами осуществляют с применением стержней из арматурной стали с заостренными нижними концами. При глубине промерзания 0,7 м их забивают в грунт в шахматном порядке на глубину 20…25 см, а по мере оттаивания верхних слоев грунта погружают на большую глубину. При оттаивании сверху вниз необходимо систематически убирать снег и устраивать опилочную засыпку, увлажненную солевым раствором. Режим прогрева при стержневых электродах такой же, как и при полосовых, причем во время отключения электроэнергии электроды следует последовательно заглублять по мере прогрева грунта до 1,3…1,5 м. После отключения электроэнергии в течение 1…2 дней глубина оттаивания продолжает увеличиваться за счет аккумулированной в грунте теплоты под защитой опилочного слоя. Расход энергии при этом способе несколько ниже, чем при способе горизонтальных электродов.

Расход электроэнергии приданных способах размораживания составляет от 42 до 60 кВт/ч на 1 м³ мороженого грунта при длительности отогрева от 24 до 30 ч. Работы по размораживанию грунта электрическим током должны производиться под надзором квалифицированного персонала, ответственного за соблюдение режима отогрева, обеспечения безопасности работ и исправности оборудования. Указанные требования и сложности их выполнения, естественно, ограничивают возможности применения этого способа.

Недостатками данного способа является: Возможность поражения электрическим током. Необходимость организации электроснабжения (стационарными или передвижными источниками, исходя из средней площади прогрева 16 м² до 180 кВт/ч). Необходимость подготовительных работ (сборка установки, утепление, а в случае вертикальных — бурение шурфов). Постоянный и тщательный контроль работы устройства. Продолжительность периода оттаивания на необходимую глубину — от 24 до 30 ч. Преимущества: простота в изготовлении (при наличии источника питания). Энергозатраты на оттаивание средней площадки площадью 16 м² на глубину 0,5 м составляют 480 кВт/час

Огневой способ. Костры — открытое пламя

Огневой способ основан на оттаивании грунта путем сжиганием твердого или жидкого топлива в агрегате звеньевого типа, состоящего т ряда металлических коробов в форме разрезанных, по продольной оси усеченных, конусов, из которых собирают сплошную галерею. Первый из коробов представляет собой камеру сгорания, в которой сжигают топливо. Вытяжная труба последнего короба обеспечивает тягу. Для уменьшения тепловых потерь галерею утепляют.

Рис. 3.15. Оттаивание грунта огневым способом (размеры в метрах); 1 — камера сгорания; 2 — вытяжная труба; 3 — обсыпка талым грунтом

Недостатками данной технологии является: длительный по времени процесс размораживания, наличие вспомогательных работ по устройству (разборке) конструкции, постоянный надзор за процессом, большие тепловые потери, вредные выбросы от сжигаемого топлива.

Преимущества: в условиях г. Москва отсутствуют.

Производство работ по размораживанию грунтов с использованием открытого огня (костры) невозможно ввиду запрета на работы с применением открытого огня на территории Москвы.

Химический способ размораживания грунтов

При производстве работ по данной технологии в ранее подготовленные шпуры заливается нагретый раствор реагентов (хлористого натрия). Раствор реагента (хлористого натрия), введенный в грунт, растворяет кристаллы льда, цементирующие минеральный скелет мерзлого грунта, нарушая сцепление его частиц. Химические реагенты запиваются в шпуры, которые бурятся на глубину, равную 0,7…0,8 глубины промерзания, размещаемые в шахматном порядке на расстояние 0,6…1 м друг от друга. При глубине промерзания 1,5…1,8 м длительность размораживания составляет в среднем 6…8 дней.

Недостатками донной технологи и является: длительный по времени процесс размораживания, наличие вспомогательных работ по устройству шурфов, возможность экологического загрязнения грунтов на близлежащей территории, засоление размораживаемых участков грунта и невозможность их дальнейшего использования.

Преимущества: простота в технологии, низкая стоимость, отсутствие необходимости обслуживания.

Паровые и водяные иглы

Паровое оттаивание основано на впуске пара в грунт, для чего применяют специальные технические средства — паровые иглы, представляющие собой металлическую трубу длиной до 2 м, диаметром 25…50 мм. На нижнюю часть трубы насажен наконечник с отверстиями диаметром 2…3 мм. Иглы соединяют с паропроводом гибкими резиновыми шлангами с кранами. Иглы заглубляют в скважины, предварительно пробуриваемые на глубину, равную 70% глубины оттаивания. Скважины закрывают защитными колпаками, снабженными сальниками для пропуска паровой иглы. После установки аккумулированных колпаков прогреваемую поверхность покрывают слоем термоизолирующего материала (например, опилок). Иглы располагают в шахматном порядке с расстоянием между центрами 1…1,5 м. Расход пара на 1 м³ грунта составляет 50…100 кг. Этот метод требует расхода теплоты примерно в 2 раза больше, чем метод глубинных электродов

Способы отогрева грунта, при которых нагревательные иглы вводятся в мерзлый грунт путем бурения скважин либо их забивки, не получили применения, так как этот способ эффективен и применение его может быть оправдано экономически при глубине разрытия более 0,8 м, т. е. на глубине, которая для кабельных работ не используется.

Недостатки: необходимость подготовительных работ (шурфы, расстановка паровых игл), необходимость источника пара — и даже в случае передвижной паровой установки опасное промышленный объект (Т более 115 °С), наличие конденсата (скапливается и замерзает в период проведения работ на прилегающих территориях, при стандартной площадке 16 м² количество конденсата 400 — 800 л), парения в месте производства работ, необходимость постоянного тщательное наблюдение за работой установки. Большой расход энергии при работах на глубине до 0,7 м вследствие больших теплопотерь.

Преимущества: метода проявляются только при работах на больших площадях оттаивания на глубине 1,5 — 1,7 м.

Энергозатраты ориентировочно в 2 раза больше, чем при производстве работ с применением электрического разогрева.

Горячим теплоносителем (песок, шлак, щебень, грунт, отходы, дорожного производства — асфальтобетонная крошка)

Отогрев производится путем засыпки места проведения работ горячим теплоносителем с температурой порядка 100 — 200 °С (песок, шлак, щебень, грунт, отходы дорожного производства — асфальтобетонная крошка) непосредственно на земляное полотно. В случае наличия покрытия земляного полотна (плитка, асфальт, плиты) — оно должно быть демонтировано. Далее место работ огораживается, теплоноситель утепляется (для исключения теплопотерь в наружную среду). Время отогрева составляет в среднем 20+30 час, расход горячего теплоносителя на стандартную площадку 16 м² составляет около 4 м³ (при стоимости с доставкой и дальнейшей отвозкой 2 500 руб/м³). Ориентировочно через сутки остывший теплоноситель убирается и вывозится в места утилизации.

Преимущества: простота в устройстве и дешевизна метода (средний расход горячего песка -4 м³ при стоимости 2 500 руб/м³), отсутствие необходимости в постоянном наблюдении за процессом размораживания.

Недостатки: возможность срыва сроков поставки, остывание теплоносителя во время транспортировки, необходимость уборки остывшего теплоносителя — погрузка на автомобиль, в случае замерзания самого теплоносителя — дополнительные затраты по его уборке (возможно размораживанию). Длительное время размораживания 20+30 час.

Трубчатые электронагреватели

Данная технология основана на передаче теплоты мерзлому грунту контактным способом. В качестве основных технических средств применяют электроиглы, представляющие собой стальные трубы длиной около 1 м, диаметром до 50…60мм. Внутри иглы установлен нагревательный элемент, изолированный от корпуса трубы. Нагревательный элемент имеет контактные выводы для подключения к электрической цепи. Нагреваясь, он передает тепловую энергию стальному корпусу, а тот — мерзлому грунту.

Трубчатые электронагреватели (ТЭНы) относятся к электроприборам, с помощью которых грунт оттаивают радиально в горизонтальном направлении. Электронагреватели рассчитаны на напряжение 220…380 В, силу тока 5 А и температуру нагрева 300…600 °С. ТЭНы включают в цепь электрического тока последовательно, опускают в заранее пробуренные шпуры диаметром до 50 мм и располагают в плане в шахматном порядке на расстояниях 0.5…1 м. Для прогрева грунта применяют также коаксиальные электронагреватели, которые представляют собой две трубы длиной 1,5 м, диаметром 25 и 13 мм, вставленные соосно одна в другую, свободное пространство заполнено кварцевым песком. Процесс отогрева длится 1,5…2 суток при расходе 10…42 кВт-ч на 1 м³ мерзлого грунта.

Схема коаксиального электронагревателя:

1 — наружная труба; 2 — внутренняя труба; 3 — песок; 4 контактные пластины

Недостатки: необходимость тщательного обслуживания (постоянный надзор за работой) для исключения возможности поражения электрическим током, в следствии перегрева контактов. Незначительная площадь оттаивания. Необходимость организации электроснабжения (стационарными или передвижными источниками, исходя из средней площади прогрева 16 м² до 10-12 кВт/ч). Необходимость подготовительных работ (шурфы, расстановка ТЭНов). Длительный по времени период оттаивания — от 36 до 48 час. Преимущества: Относительно малые энергозатраты — исходя из средней площади прогрева 16 м² на глубину 0,5 м составляют 240 кВт-час.

Энергозатраты на оттаивание средней площадки площадью 16 м² на глубину 0,5 м составляют 240 кВт-час.

Токи высокой частоты

Этот способ пока не получил практического применения ввиду сложности оборудования, возможности негативного воздействия на металл (в частности проходящих рядом сетей). Серийно выпускаемое оборудование отсутствует. Однако при возможности его применения (наличие правильно подобранного оборудования с определенными режимами) — это один из наиболее эффективных методов размораживания грунтов в части времени размораживания. При этом необходимо учитывать, что сокращение времени на размораживание приведет к большим энергозатратам на единицу времени. В России функционирует ФГУП Всероссийский Научно-Исследовательский Институт токов высокой частоты им. В.П. Вологдина (Санкт-Петербург). Институт производит разработку и изготовление специализированного оборудования в данном направлении.

Имеющиеся в институте экспериментальные данные и проведённые аналитические оценки показывают, что при мощности излучения 50 кВт на частоте 915 МГц для поднятия температуры 1 м³ грунта от -10 до 0 °С потребуется 10+20 минут. Прогрев при этом будет осуществляться послойно с удалением размороженного слоя. Разово отогреваемая площадь составит от 0,25 м² до 0,75 м² (в зависимости от количества излучателей-рупоров). Для достижения глубины 1м потребуется удалить 3+4 слоя. С учётом КПД генератора общая подводимая к установке мощность будет составлять 80+90 кВт. Ориентировочная стоимость разработки и изготовления данной установки по предварительной оценке составляет 8+10 млн.руб.

Общее описание установки:

В прицепе (2) располагаются: генераторный блок и источник питания (ИП), блок защиты генератора и автоматики (БЗА), излучатель. Излучатель представляет собой одну или несколько антенн (например, рупорных антенн). Антенны должны иметь возможность вертикального перемещения для обеспечения оптимального расстояния от нагреваемого объёма. Кроме того, в прицепе должны располагаться водоохлаждающая станция для охлаждения магнетрона и циркулятора и блок управления с рабочим местом для оператора. Ориентировочная площадь прицепа будет 5+6 м², масса оборудовании составит 0,8 — 1,2 т. Отогреваемая разово площадь составит от 0,25 м² до 0,75 м².

Методы размораживания грунтов, применяемые в аналогичных компаниях и условиях.

В аналогичных условиях эксплуатации электросетевых объектов ОАО «МОЭСК» для размораживания грунтов в настоящее время использует горячий сыпучий теплоноситель как одно из более простых и доступных средств. Ранее используемый ОАО «МОЭСК» опыт применения рефлекторных печей не нашел применения в компании вследствие необходимости постоянного контроля за технологическим процессом, в частности постоянный контроль за нагревательными контактами для исключения их перегрева и нарушения, которые могут привести к поражению электрическим током.

Опыт организации работ в зарубежных компаниях.

Опыт организации аналогичных работ, в частности выполняемых коммунальными службами, за рубежом базируется на применении экологически чистых, безопасных в производстве работ методах. В частности — применение гидравлических станции для размораживания грунтов.

Гидравлические станции типа устройства для прогрева почвы типа Е700М и Е350М

Технология размораживания грунтов гидравлическими станциями основана на передаче тепла от нагреваемого установкой жидкого теплоносителя через раскатываемые гибкие нагревательные рукава непосредственно на поверхность грунта. Нагрев теплоносителя производится внутри установки горелкой. Максимальная температура нагрева теплоносителя в данных установках (в зависимости от производителя) находится в пределах 75 °С — 90°С. Установки оборудуются довольно большим количеством гибких рукавов, которые позволяют размораживать одновременно площадки размером до 400 м². Безостановочная эксплуатация данных установок возможно в течении 5 суток. Средняя скорость размораживания грунтов с применением данных установок составляет 30 — 60 см/сутки. Однако при более плотной укладке нагревательных рукавов и их тщательной теплоизоляции возможно сокращение сроков размораживания грунтов. Преимуществами данных установок является простота в обслуживании, безопасность и стабильность результатов при производстве работ, возможно при необходимости размораживать значительные площади мерзлого грунта.

К недостаткам можно отнести высокую стоимость оборудования (2 — 3 млн.руб), необходимость присутствия оператора при производстве работ по размораживанию грунтов.

В частности одним из производителей оборудования в данном направлении является фирма Ваккер Нойсон.

Немецкая технология прогрева грунта позволяет избежать траты большого количества средств, При этом прогрев мерзлого грунта осуществляется в относительно короткие сроки 20-30 час, что позволяет экономить время на проведении работ и точно рассчитывать сроки требуемых на земляные работы.

Максимальный выход тепла в кратчайшее время. Тепловой К. П.Д. при идеальных условиях достигает 94% (высочайший показатель в отрасли).

Нагнетательные насосы обеспечивают максимальную производительность и равномерную теплопередачу.

Благодаря эффективному использованию энергии возможно непрерывное использование длительностью до 63 часов (Е 350М) или 130 часов (Е 700М).

Способность размораживать замерзший грунт до глубины 60 см в сутки.

Цифровой термостат позволяет оператору просто регулировать температуру теплообменной среды.

Этапы рабочего процесса:

Установка благодаря колесной базе легко доставляется на рабочую площадку. Нагревательный рукав легко разматывается с встроенной лебедки и укладывается змейкой на обрабатываемой поверхности ‘рукав может покрыть 200 лГ — Е 350М и 400 м’ — Е 700М).
Вот как это работает:
Распределенный рукав покрывается паронепроницаемой пленкой (важно при работе с бетоном) и теплоизоляционными матами.
Дизельная горелка нагревает водно-гликолевую смесь и подает ее с помощью насоса по уложенному нагревательному рукаву.

Нагревательный рукав укладывается змейкой на обрабатываемой поверхности. Расстояние между соседними участками рукава при этом должно составлять около 45 см. Это позволит прогреть грунт максимально быстро.
Рукава покрываются паронепроницаемой пленкой и теплоизоляционными матами.
Дизельная горелка нагревает водно-гликолевую смесь и подает ее с помощью насоса по уложенному нагревательному рукаву.
Участок грунта размораживается в течение суток, и сразу после этого можно продолжать работу и укладывать несущий слой.

Термоматами ТМ-800 для прогрева грунта

Технология применения термоматов ТМ-800 для размораживания грунтов основана на действии инфракрасного излучения. В качестве греющего элемента в термоматах используется греющая инфракрасная термоплёнка Heat Plus, поэтому прогрев происходит одновременно сразу на всю глубину промерзания (использование проникающих свойств инфракрасной энергии) плюс контактной передачей тепла от поверхности термомата.

Термоматы ТМ-800 для прогрева грунта — это полностью готовое устройство, имеющее нагреватель, теплоизоляцию, датчики регулировки температуры и грязе-водонепроницаемую оболочку. Стандартные размеры термомата 1,2*3,2 м, мощностью 800 Вт/м².

Практика показывает, что для прогрева грунта на глубину 80 см необходимо от 20 до 32 часов.

К недостаткам метода размораживания грунтов термоматами можно отнести необходимость обеспечения их электропитания, необходимость нахождения в месте производства работ наблюдающего-оператора и отсутствие антивандальной защиты.

К преимуществам применения термоматов ТЭМ для прогрева грунта можно отнести низкую стоимость (2 500 руб/м²), простота настройки и обслуживания, низкое энергопотребление — 8 кВт/час на стандартную площадь 16 м².

Экспериментальный график прогрева грунта термоматами.

Эксперимент проводился в конце зимы (время наибольшего промерзания грунта).

Прогрев грунта термоматами происходит в автоматическом режиме. Условия проведения эксперимента:

Температура воздуха: -20 °С.
Начальная температура грунта: -18 °С.
Грунт: (глина, песок, шлак) 20 см далее глина.
Термоэлектрический мат ТМ-800 стандартного размера 1,2*3,2 м, мощностью 800 Вт/м.кв.

Этапы работы:

Подготовительный этап

На подготовительном этапе проводится расчистка участка от снега, поверхность максимально выравнивается (выступающие элементы срезаются, ямы засыпаются песком). Производится расчёт количества и параметров термоматов.

Основной этап

На подготовленную площадку укладываются полиэтиленовая пленка.
Вся площадь которую необходимо прогреть застилается термоматами, при этом не допускается их взаимное перекрытие.
Осуществляется подключение термоматов к питающему проводу по «параллельной» схеме.
Подается электропитание и осуществляется прогрев.

Прогрев грунта термоматами ТМ-800 происходит в автоматическом режиме. В первые часы, всё выделенное тепло поглощается грунтом и термоматы работают не отключаясь, затем с прогревом поверхности грунта начинает повышаться температура на греющей поверхности термомата и при её достижении 70 °С секции отключаются. Повторное включение секции термомата происходит при достижении нижнего температурного порога (55 — 60 °С). В таком режиме термоматы работают до их отключения от электросети.

Практика показывает, что для прогрева грунта на глубину 60 см. необходимо от 20 до 32 часов. Следует принимать во внимание, что на время прогрева влияют начальные условия (температура воздуха и грунта) и свойства грунта (теплопроводность).

Во избежание перегрева и возможного прогара термомата, необходимо обеспечить достаточный теплообмен (плотное прилегание термомата к прогреваемой поверхности). Не допускается размещение между матом и обогреваемым объектом, каких-либо теплоизолирующих материалов, препятствующих передаче тепловой мощности к обогреваемому объекту.

Заключительный этап

После окончания прогрева грунта необходимо отключить подачу электропитания, после чего термоматы можно аккуратно убирать. Срок службы термомата напрямую зависит от бережного отношения к нему. Не допускается хождение по термоматам и бросание тяжелых и острых предметов на его поверхность. Складывать термомат можно только по специальным линиям сгиба. Размеры термомата для прогрева грунта в сложенном состоянии 110 см*120 см*6 см. Хранить термоматы рекомендовано в сухом месте. Теоретическая номограмма для определения ориентировочной продолжительности оттаивания и отогрева мерзлых грунтовых оснований нормальной влажности термоматами.

Допустим, глубина промерзания основания равна 1 метру, средняя температура воздуха — 15 °С, основание суглинистое и средняя температура обогрева + 50 °С, тогда продолжительность обогрева составит примерно 11 часов.

Администрация сайта http://termomat.ru/ благодарит автора доклада заместителя начальника ремонтного отдела ОАО «ОЭК» Лобанова Э.А. за предоставленные материалы.

Источник

Производство земляных работ в зимних условиях

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, гравиино-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 дороги.

В летнее время должны быть подготовлены основания под насыпи — расчищены полосы от леса с корчевкой пней, убраны валуны, спланировано и уплотнено естественное основание. Кроме того, подготавливаются грунтовые карьеры и выемки, которые будут разрабатываться зимой (корчевка деревьев, срезка кустарника, строительство подъездных путей, устройство теплоизолирующих слоев на поверхности карьеров и выемок).

Грунты от промерзания предохраняют следующим образом:
до наступления морозов грунты, подлежащие разработке зимой, защищают от промерзания укладкой слоя материала с низкой теплопроводностью, рыхлением (вспашкой) или обработкой солями, понижающими температуру замерзания воды;
в процессе производства работ уплотняющий слой снимают только на участке, достаточном по своим размерам для работы СКМ в течение смены, с таким расчетом, чтобы отрытый грунт до его разработки не успел промерзнуть;
разрабатывать грунт следует на максимально сжатом фронте работ.

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

Простейший и наиболее экономичный способ предупреждения глубокого промерзания грунтов — их предварительное рыхление до наступления морозов, осуществляемое перекрестной вспашкой тракторными плугами или прицепными рыхлителями на глубину 25-35 см. После вспашки производят боронование на глубину 10—15 см. Поры разрыхленного грунта, заполненные воздухом, уменьшают его теплопроводность.

Промерзание разрыхленного грунта происходит медленнее, чем окружающего плотного грунта. Мерзлый слой разрыхленного грунта обладает малой прочностью и относительно легко поддается разработке экскаваторами или бульдозерами. Утепляющее действие разрыхленного грунта усиливается при накоплении на нем снега. Утепление грунтов рыхлением обычно применяют на участках, намеченных к разработке в течение первой трети зимы.

Один из способов предохранения грунта от замерзания — обработка его химическими добавками, понижающими температуру замерзания воды. Чаще всего для этой цели применяют соли СаС12 и NaCl. Обработка грунта заключается в розливе на его поверхности растворов этих солей. Проникая в грунт, соляные растворы снижают температуру замерзания влаги, находящейся в грунте, и этим защищают его от промерзания. Слой грунта, пропитанный соляными растворами, в свою очередь, защищает от промерзания нижележащие слои.

Этот способ обработки фунтов применяют при необходимости Задержать промерзание на короткий срок в начале зимы или в комплексе с другими способами: рыхлением грунта, усиленным снегозадержанием или устройством утепляющих слоев из дешевых местных материалов.

Для успешной разработки грунтов в зимнее время и подготовки мерзлого слоя к экскавации применяют следующие способы:
экскаваторную обработку, в том числе специальным сменным оборудованием;
механические (динамическими и статическими рыхлителями, блочный способ);
оттаивание (поверхностное, радиальное и глубинное);
предохранение грунтов от промерзания.

Каждый из указанных способов может быть применен при устройстве котлованов, траншей и вертикальной планировке, за исключением оттаивания, которое вследствие высокой стоимости может быть использовано только при небольших объемах земляных работ.

Область эффективного использования экскаваторов и другого оборудования (статических и динамических рыхлителей и т. п.) на мерзлых грунтах зависит от конструктивного исполнения оборудования, физико-механических свойств мерзлого грунта и глубины его промерзания.

Наиболее экономичным способом рыхления мерзлого грунта в большинстве случаев является взрывной. Сущность его заключается в дроблении мерзлого слоя на мелкие глыбы и комья путем взрыва размещенных в заранее пробуренном в этом слое скважинах взрывчатых веществ (ВВ).

Рыхление мерзлых грунтов этим способом следует применять при глубине промерзания грунта h более 0,4 м (преимущественно на незастроенных участках, а на застроенных — с применением укрытий и локализато-ров взрыва).

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 м3; 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.

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 В В 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.

Располагают шпуры на площади, предназначенной для производства взрывных работ, в шахматном порядке с расстояниями между шпурами, равными.примерно ,0W—,2W{vm. 8.45). Меньшие расстояния принимают при наличии тяжелых глинистых грунтов.

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

В ряде случаев дробить мерзлые грунты взрывами нельзя по условиям техники безопасности: на территории населенных пунктов и промышленных предприятий, вблизи линий связи, железных дорог, линий электропередач и т. д. При небольшой толщине мерзлого слоя взрывные работы могут оказаться нерентабельными из-за повышения удельного расхода взрывчатых веществ и относительного роста затрат времени на бурение, заряжание и производство взрывов.

В таких условиях обычно применяют механическое рыхление мерзлых грунтов машинами. Рабочие органы машин разрушают монолитные слои мерзлых грунтов ударами, резанием или сколом.

В зависимости от назначения и конструктивных особенностей все машины можно разделить на две группы.

К первой группе относятся землеройные и землеройно-транс-портные машины, предназначенные в основном для выполнения земляных работ в летнее время, но имеющие прочность рабочего оборудования и мощность двигателей, достаточные для рыхления мерзлых грунтов, залегающих слоями ограниченной толщины (в большинстве случаев менее 20-40 см). К таким машинам относятся экскаваторы (прямая лопата) с геометрической вместимостью ковша более 0,5—1,0 м3 и бульдозеры, преимущественно гусеничные, с мощностью двигателей от 90 кВт и более.

Экскаватором с прямой лопатой вместимостью 0,65 м3 в средних условиях можно разрабатывать грунт, промерзший с поверхности на глубину до 25 см, а с лопатой вместимостью более 1 м3 — 40 см.

Возможности использования экскаваторов для разработки мерзлого грунта значительно повышаются при применении так называемых ковшей активного действия. Особенность их заключается в том, что они имеют подвижные ударные зубья, установленные в полой передней стенке ковша. Эти зубья действуют подобно электромолоткам или пневматическим молоткам. Они включаются в работу при определенном (повышенном) сопротивлении погружению ковша в грунт. Экскаваторами с такими ковшами вместимостью 0,7 м3 можно разрабатывать мерзлые слои толщиной 0,5-0,8 м.

Бульдозеры используют для разрушения способом подламывания снизу мерзлых слоев толщиной до 20-25 см.

В отдельных случаях для разработки тонких слоев слабосмерзшихся песчаных грунтов используют также большегрузные скреперы. Воздушно-сухие песчаные грунты смерзаются слабо, не образуя прочных монолитов. В начале зимы при глубине промерзания менее 15-20 см их можно разрабатывать непосредственно скреперами. При большой толщине и прочности мерзлого слоя его необходимо предварительно рыхлить бульдозерами или рыхлителями.

Ко второй группе относят машины, имеющие оборудование, специально .предназначенное для рыхления мерзлых грунтов. Таким оборудованием являются тяжелые металлические отливки шаровой или клинообразной формы, мощные прицепные или навесные рыхлители, баровые машины. С их помощью можно разрыхлять слои мерзлого грунта толщиной 0,8-1,4 м, а иногда и более.

Наиболее простой вид оборудования для рыхления мерзлых грунтов ударной нагрузкой — чугунные или стальные шары-молоты (рис. 8.46, а) массой 1,5-4 т, которые подвешивают на канате к стреле крана или экскаватора и затем сбрасывают на разрыхляемый грунт с высоты 3—5 м и более.

Более совершенным подвесным оборудованием к экскаваторам являются различные клин-молоты (рис. 8.46, б), представляющие собой массивные металлические отливки, имеющие в нижней части острый угол. Их сбрасывают так, чтобы они при падении откалывали куски мерзлого грунта. Наибольшую производительность в мерзлых связных грунтах клин-молоты имеют при угле заострения 25-30°. При разработке несвязных мерзлых грунтов угол может быть увеличен до 35°. При меньших углах заострения клин легче погружается в мерзлый грунт, но не всегда откалывает мерзлые глыбы, так как расклинивающее усилие может оказаться недостаточным. При большом угле заострения возрастает расход энергии на смятие мерзлого грунта и уменьшается глубина погружения клина. Клин-молотом массой 3—4 т, сбрасываемым с высоты 8-10 м, можно дробить слои мерзлого грунта толщиной 0,8-1,4 м.

Недостатками применения свободно падающих отливок любой формы, закрепленных на тросе, являются низкая производительность, износ троса и самого экскаватора.

Рис. 8.46. Ударное оборудование экскаваторов:
а — шар-молот; б — клин-молот; 1 — подъемный канат; 2 — тяговый канат

В гражданском строительстве, особенно при рытье траншей для различных трубопроводов, с успехом используются машины, разрабатывающие мерзлые грунты по способу нарезания в них узких щелей и затем скола ослабленного грунта между щелями. В дорожном строительстве подобные машины применяют редко.

Значительно чаще при разработке резервов и карьеров в зимних условиях применяют различного рода прицепные и навесные рыхлители, производящие послойное рыхление мерзлых грунтов. Одностоечные рыхлители на тягачах мощностью 200 кВт и более за несколько проходов рыхлят слои мерзлого грунта толщиной до 1,0 м. Эффективность применения их повышается при объединении в одной конструкции рыхлящего зуба и пневмомолота и работе зуба в виброударном режиме.

Недостаток работы мощных одностоечных рыхлителей — разделение грунта на крупные глыбы, зачастую требующее дополнительного дробления.

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).

Выбор машин и оборудования для рыхления мерзлых грунтов определяется в основном глубиной промерзания, прочностью мерзлого слоя и стоимостью производства работ. В начале зимнего периода может быть использовано большинство из перечисленных выше машин и оборудования. При малой толщине мерзлых слоев чаще всего используют экскаваторы и бульдозеры. Этими машинами производят как рыхление мерзлых поверхностных слоев, так и разработку расположенных ниже талых грунтов.

Источник

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.

Рис. 1. Машины для резания мерзлых грунтов:
а — трехбаровый механизм на базе экскаватора; б — дискофрезная машина на базе трактора

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.

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.

Источник

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

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

Содержание

Введение

. Производство земляных работ в условиях низких температур

.1 Особенности грунта в зимнее время

.2 Предохранение грунта от промерзания

.3 Способ защиты грунтов

.4 Способы рыхления грунта

.4.1 Взрывной способ

.4.2 Механизированный способ

.5 Оттаивание грунтов

.6 Требования к оттаиванию и рыхлению грунта

.7 Способы устройства насыпей из связных грунтов

. Производство земляных работ в период жаркой погоды

.1 Особенности земляных работ в жаркую погоду

.2 Рациональный способ разработки грунтов

.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
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.

.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.

.4 Способы
рыхления грунта

.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.

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

.4.2
Механизированный способ

Разработка мерзлого грунта экскаваторами возможна при небольшой глубине
промерзания. Так, экскаваторы, оборудованные прямой лопатой с ковшом
вместимостью 0,65 м³, могут разрабатывать мерзлую корку толщиной до 25 см,
с ковшом 0,35 м³ — 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.

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 м³), 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 м² 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 м³; 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

=П(Т-Ттр-Тр)60bh

где П — производительность комплекта уплотняющих машин, м³/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;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/м³ 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/м³ 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

.1
Особенности земляных работ в жаркую погоду

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

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
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.

.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.

Разработку
траншей в барханных песках рекомендуют производить одноковшовыми экскаваторами
Э-652.

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.

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

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

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

. Справочное пособие.
Производство земляных работ.

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

Источник

1. Основные свойства мёрзлых грунтов, способы предохранения грунтов от промерзания

2. Способы оттаивания мёрзлых грунтов

3. Разработка мёрзлых грунтов без предварительного рыхления, способы рыхления мерзлых грунтов

4. Охрана труда при производстве земляных работ

Производство земляных работ в зимних условиях

Методы прогрева грунтов при производстве земляных работ в осенне-зимний период

Электрическая рефлекторная печь

Электрические горизонтальные и вертикальные стальные электроды

Огневой способ. Костры — открытое пламя

Химический способ размораживания грунтов

Паровые и водяные иглы

Горячим теплоносителем (песок, шлак, щебень, грунт, отходы, дорожного производства — асфальтобетонная крошка)

Трубчатые электронагреватели

Токи высокой частоты

Общее описание установки:

Методы размораживания грунтов, применяемые в аналогичных компаниях и условиях.

Опыт организации работ в зарубежных компаниях.

Гидравлические станции типа устройства для прогрева почвы типа Е700М и Е350М

Термоматами ТМ-800 для прогрева грунта

Экспериментальный график прогрева грунта термоматами.

Этапы работы:

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

Введение

1. Производство земляных работ в условиях низких температур

.1 Особенности грунта в зимнее время

.2 Предохранение грунта от промерзания

1.3 Способ защиты грунтов

.4 Способы рыхления грунта

.4.1 Взрывной способ

.4.2 Механизированный способ

1.6 Требования к оттаиванию и рыхлению грунта

1.7 Способы устройства насыпей из связных грунтов

2. Производство земляных работ в период жаркой погоды

.1 Особенности земляных работ в жаркую погоду

.2 Рациональный способ разработки грунтов

.3 Разработка траншей бульдозерами

Заключение

Используемая литература

1.
Производство земляных работ в условиях низких температур

.1
Особенности грунта в зимнее время

.2
Предохранение грунта от промерзания

1.3 Способ
защиты грунтов

.4 Способы
рыхления грунта

.4.1
Взрывной способ

.4.2
Механизированный способ

1.6
Требования к оттаиванию и рыхлению грунта

1.7
Способы устройства насыпей из связных грунтов

2.
Производство земляных работ в период жаркой погоды

.1
Особенности земляных работ в жаркую погоду

.2
Рациональный способ разработки грунтов

.3
Разработка траншей бульдозерами

Используемая
литература