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:
-
- Основные свойства мёрзлых грунтов, способы предохранения грунтов от промерзания.
- Способы оттаивания мёрзлых грунтов.
- Разработка мёрзлых грунтов без предварительного рыхления, способы рыхления мерзлых грунтов.
- 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.
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.
При производстве
земляных работ зимой в климатических
зонах с устойчивыми низкими отрицательными
температурами задачу организации их
решают по-разному в зависимости от
размеров выемок и насыпей и объемов
земляных работ.
Выполнение земляных
работ зимой связано с трудностями,
обусловленными главным образом изменением
свойств грунтов при замерзании в них
свободной воды. С понижением температуры
изменяются свойства грунтов (возрастает
прочность на сжатие и сопротивление
резанию), но трудность разработки их
резко возрастает.
Увеличение
трудоемкости и стоимости работ зависит
от глубины промерзания грунта и
длительности морозного периода.
Приемы разработки
грунта зимой можно разделить на следующие
группы: предохранение от промерзания,
рыхление, непосредственная разработка,
отогрев мерзлых грунтов.
Рис.12.2. Способы
производства земляных работ зимой.
Земляные профильные
насыпи и обратные засыпки разрешается
возводить в зимнее время только из талых
грунтов и на расчищенное талое основание.
Объем мерзлых комьев для напорных
сооружений не должен превышать 10% общего
объема укладываемого грунта. Допускаемое
в некоторых случаях превышение этой
нормы должно быть обосновано
теплотехническим расчетом, доказывающим,
что мерзлые комья перейдут в талое
состояние за счет запаса тепла в талой
части грунта.
Приемы уплотнения
грунта в насыпях зимой не отличаются
от летних. Грунт на месте укладки зимой
не доувлажняют во избежание образования
льда.
12.8. Контроль качества земляных работ и сооружений Устройство траншей и котлованов
С целью безопасности
производства земляных работ необходимо
соблюдать следующие условия:
При разработке
одноковшовыми экскаваторами траншей
и котлованов на дне оставляется недобор,
величина которого устанавливается
проектом (табл.12.5).
Разработку недоборов
грунта необходимо производить
механизированным способом. При зачистке
недоборов дна котлованов бульдозерами,
экскаваторами со специальными зачистными
ковшами или другими планировочными
машинами остающийся недобор до проектной
отметки не должен превышать 5…7 см. В
местах установки фундаментов недобор
должен дорабатываться вручную.
Таблица
12.5.
Допустимые
недоборы грунта
|
Рабочее оборудование |
Объем ковша, м3 |
||||
|
0,25…0,4 |
0,5…0,65 |
0,8…1,25 |
1,5…2,5 |
3…5 |
|
|
Прямая |
5 |
10 |
10 |
15 |
20 |
|
Обратная |
10 |
15 |
20 |
– |
– |
|
Драглайн |
15 |
20 |
25 |
30 |
30 |
При разработке
траншей размеры приямков для монтажа
трубопроводов следует принимать по
таблице.
Перед укладкой
труб случайные переборы грунта в траншее
должны быть заполнены грунтом, однородным
с подстилающим основание траншеи, или
песчаным грунтом с уплотнением. При
недоборах под трубой должен устраиваться
лоток.
При пересечении
траншей с действующими подземными
коммуникациями разработка грунта
механизированным способом разрешается
на расстоянии не менее 2 м от боковой
стенки и не менее 1 м над верхом трубы,
кабеля и др. Грунт, оставшийся после
механизированной разработки, должен
разрабатываться без применения ударных
инструментов. При этом должны приниматься
меры, исключающие возможность повреждения
этих коммуникаций.
Требования к
качеству обратной засыпки траншей и
котлованов.
Засыпка траншей с уложенными трубопроводами
должна производиться в два этапа.
Первый
этап:
сначала мягким грунтом (песчаным,
глинистым, за исключением твердых глин,
природными песчано-гравийными смесями
без крупных включений) засыпают и
подбивают приямки и пазухи одновременно
с обеих сторон, а затем траншею засыпают
таким же грунтом на 0,2 м выше верха труб
с обеспечением сохранности труб, стыков
и изоляции. Грунт отсыпают слоями и
уплотняют ручными и навесными
электровибротрамбовками.
Второй
этап:
после испытания трубопроводов траншею
засыпают любым грунтом, однако, без
крупных включений (не более 200 мм)
механизированным способом. При этом
должна быть обеспечена сохранность
труб.
Уплотнение
грунтов.
Уплотнение насыпных и других грунтов
необходимо для повышения устойчивости,
уменьшения возможной осадки и увеличения
водонепроницаемости земляного сооружения.
Степень уплотнения
грунтов укаткой, трамбованием,
вибрированием и комбинированным способом
указывается в проекте в виде объемной
массы скелета грунта или коэффициента
уплотнения.
Уплотнение
грунтов в насыпях и обратных засыпок
должно выполняться послойно.
При недостаточной
влажности связные грунты следует
увлажнять, как правило, в местах разработки
(в карьерах, выемке, резерве).
Уплотнение грунта
должно производиться проходками
уплотняющих машин вдоль насыпи со
смещением от бровок насыпи к ее середине.
Уплотнение откосов должно производиться
снизу вверх. Каждый последующий проход
(удар) уплотняющей машины должен
перекрывать след предыдущего на 0,1…0,2
м.
Уплотнение грунтов
трамбованием применяется для всех
категорий грунтов, но наиболее оптимальных
результатов достигает на грунтах с
пониженной влажностью.
Таблица12.6.
Степень
уплотнения грунтов
|
Уплотняющая |
Толщина |
Число |
||
|
связного |
несвязного |
связного |
несвязного |
|
|
Кулачковый |
|
– |
|
– |
|
Каток 10 |
|
|
|
|
|
25 |
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
|
|
Трамбовочная |
|
|
|
|
|
Трамбовочная |
60…70 |
80…100 |
75…85 |
– |
|
Навесной |
60…70 |
80…100 |
– |
– |
Примечание.
В числителе
приведены значения для уплотнения
грунта до плотности не менее 0,95, в
знаменателе – не менее 0,98 максимальной.
В стесненных
местах, при обратных засыпках грунта в
пазухи фундаментов, вокруг различного
рода опор трубопроводов, коллекторов,
смотровых колодцев, при устройстве
грунтовых подсыпок под полы, в сопряжениях
земляного полотна с искусственными
сооружениями и в других местах уплотнение
грунтов должно производиться машинами
с трамбующими и вибротрамбующими
рабочими органами – механическими
трамбовками (пневматическими,
электрическими).
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
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.
При производстве взрывных работ необходимо заранее рассчитать величину
заряда, т. е. количество взрывчатых веществ, закладываемых в одном месте.
Величина заряда ВВ, предназначенного для взрыва определенного объема грунта,
зависит от ряда факторов:
расположения заряда по отношению к дневной (открытой поверхности) грунта;
прочности грунта;
вида применяемых взрывчатых веществ и формы заряда;
заданного выброса (задан ли взрыв на выброс или же только на рыхление);
количества или взаимного расположения зарядов и т. д.
Точно учесть влияние всех этих факторов заранее весьма трудно. Поэтому
предварительно рассчитывают величину заряда приближенно по эмпирическим
формулам, а затем уточняют ее пробными взрывами.
Величину удельного заряда q различных ВВ предварительно назначают по
справочникам и затем уточняют опытным путем.
Сопротивление мерзлых грунтов взрыванию существенно изменяется в
зависимости от их температуры и влажности при замерзании. Удельный расход ВВ
зависит также от глубины и диаметра шпура. В большинстве случаев с уменьшением
толщины мерзлого слоя и, следовательно, с уменьшением величины единичного
заряда удельный расход ВВ возрастает.
Глубина шпуров должна быть 0,8-0,9 толщины мерзлого слоя, диаметр — 40-70
мм. Шпуры больших диаметров используют при большей толщине мерзлого слоя (рис
1)
Рис. 1. Схема расположения шпуров при рыхлении мерзлых фунтов взрывами: Н
— глубина забоя; Л — толщина мерзлого слоя; I, — расстояние между шпурами; 12 —
расстояние между рядами шпуров
.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.
Выполнение земляных работ в период жаркой погоды имеет
свои особенности, которые должны быть учтены при проектировании производства
работ.
Цель работы достигнута, так как в работе были рассмотрены особенности
земляных работ в условиях низких температур и в период жаркой погоды.
При достижении цели решались следующие задачи: выяснить особенности
грунта в зимнее время; узнать, как предохранять грунт от промерзания, каковы
способы защиты и рыхления грунтов; выяснить, каковы виды и способы оттаивания
грунтов; каковы требования к оттаиванию и рыхлению; каковы способы
использования для насыпей из связных грунтов, выяснить вопрос о производстве
земляных работ в период жаркой погоды, об его особенностях, о способах
разработки грунтов в летнее время, как идёт разработка траншей бульдозерами.
Используемая
литература
. 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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Зима считается неподходящим временем для выполнения земляных работ. В этот период происходит сильное смерзание грунта, существенно осложняется его выемка. Поэтому специалисты рекомендуют перенести их на теплое время года, чтобы исключить дефекты и дополнительные затраты для заказчика.
В случае выполнения этих манипуляций в зимнее время, только строительная лаборатория и экспертная организация смогут обеспечить полноценный контроль за результатами. По действующим правилам, отслеживать их и принимать этапы должен заказчик и исполнитель.
Но на деле все намного сложнее. Заказчики вынуждены сокращать штат, и не могут постоянно содержать квалифицированных сотрудников для отслеживания технологического процесса. Фирмы доверяют эту обязанность исполнителю, но не всегда он справляется со своими обязанностями, подрядчик может скрыть возможные нарушения.
Оптимальное решение этой проблемы ― привлечение сторонней компании. Они смогут провести лабораторные испытания, отследят все процессы, предотвратят возможность нарушений.
Вам следует обратиться в «Центр независимых строительных экспертиз». Наша компания давно работает на рынке, смогла накопить огромный опыт. Эксперты предоставят требующуюся поддержку клиентам, проконтролируют процесс, смогут выполнить предварительную подготовку и изучение грунта для подбора способов его разработки.
Некоторые особенности
Зима считается не самым подходящим временем для выполнения земляных работ. Земля быстро промерзает с наступлением холодов, в результате существенно снижается ее пластичность. Проводить выемку при помощи ручных средств становится невозможно, приходится привлекать дополнительную технику.
Даже при работе экскаваторов возникают определенные сложности, существенно увеличивается время проведения всех манипуляций. В результате повышается итоговая стоимость, поэтому в смету придется заложить дополнительные затраты.
Нельзя забывать и о низких температурах зимой. При аномальных морозах лучше всего приостановить все технологические операции, это может негативно сказаться на сроках. Необходимо учитывать множество факторов, влияющих на результаты, и дополнительные сложности.
В каких случаях предпочтительно выполнять земляные работы зимой:
- Очень редко это необходимо для достижения определенного результата. Как показывает опыт профессионалов, такие случаи единичны, и только иногда перенос на зимнее время является обоснованным.
- Ограниченные сроки. В некоторых случаях у компании нет возможности дождаться летнего сезона, приходится выполнять все технологические операции зимой, это приводит к дополнительным затратам.
Типы грунта
Особенное внимание уделяется почве, ее типу, составу и основным характеристикам. Строительная лаборатория сможет определить эти параметры и предоставить требующиеся результаты.
Предпочтительно выбирать для разработки песчаные и гравийные земли, грунты с низкой связывающей способностью. Они остаются пластичным в зимний период, существенно облегчается их непосредственная выемка.
Куда сложнее приходится с глиной и влажными землями. При низких температурах они быстро смерзаются, имеют высокую твердость, а данный факт существенно осложняет процесс дальнейшей выемки. Для них потребуется продолжительная подготовка, придется потратить существенные средства и множество времени.
Обычные почвы сложны для разработки зимой, но она занимает меньше времени, можно провести предварительную подготовку и добиться поставленного результата. Рекомендуется выполнить предварительные лабораторные испытания почвы, определить ее основные параметры, состав и физические свойства. На основании полученных параметров можно подготовить комплекс технологических операций, облегчить процесс и исключить возможность ошибок.
Как исключить промерзание?
Чтобы облегчить выполнение работ, следует заранее исключить возможность промерзания почвы. Для этого можно воспользоваться несколькими способами, которые активно применяются компаниями в нашей стране.
Самый простой вариант ― предварительное рыхление. Грунт вспахивается и боронуется еще осенью, в нем скапливается большое количество воздуха. Он плохо проводит тепло, предотвращает быстрое промерзание земли. Основное преимущество этого метода ― достаточно невысокие затраты и эффективность.
Промерзание разрыхленного грунта происходит намного медленнее, чем окружающих участков. Скопление большого количества снега позволяет усилить утепляющий эффект, облегчить обработку экскаваторами и бульдозерами.
Еще один вариант ― утепление при помощи соломы, матов и торфа. Эти материалы тоже обладают низкой теплопроводностью и защищают почву от сильных морозов. Но их необходимо уложить еще до наступления холодов, чтобы сохранить тепло и снизить скорость замерзания земли.
Химическая обработка ― другой популярный способ. Приготавливаются растворы из солей, они не подвергаются кристаллизации даже при отрицательных температурах. Жидкость выливается на участок и впитывается в структуру. Основное преимущество этого варианта ― простота и сравнительно невысокая стоимость.
Если не была проведена предварительная подготовка и невозможно полноценно выполнять выемку почвы на участке, то для него применяется дополнительное оттаивание. Для этого используется электрический ток, горячая вода, пар или огонь. Происходит разогрев слоев, они проще поддаются обработке. Но этот вариант требует существенных расходов, поэтому применять его можно только в тех случаях, когда сроки ограничены и требуется срочно приступить к земельным работам.
Основной этап
Для подготовки участка к дальнейшей разработке может использоваться несколько способов, в том числе:
- Стандартный метод с применением специализированного оборудования.
- Резка на комья с их последующей выемкой.
- В отдельных случаях не проводится подготовительных операций.
Для рыхления почвы используются экскаваторы, трактора, ручные инструменты, в том числе отбойные молотки. Важно учитывать максимальную глубину и возможности применяемой техники, в этом случае можно обеспечить полноценный результат.
Взрывные способы рыхления применяются ограничено, В землю закладывают заряды, при взрыве происходит дробление на пласты и комья. Важно точно рассчитать мощность, чтобы добиться необходимого результата.
Проведение земляных работ зимой требует дополнительной подготовки, большого опыта рабочих и всего комплекса необходимой техники.
Обратитесь в нашу компанию!
«Центр независимых строительных экспертиз» предлагает провести контроль за выполнением, лабораторные испытания на подготовительном этапе для разработки технологии. Специалисты будут осуществлять надзор, оценят результат, своевременно выявят нарушения и добьются их устранения.
Наша фирма давно известна на рынке, в составе компании действует собственная строительная лаборатория. Профессионалы отлично знакомы со всеми технологиями, проследят за их соблюдением на объекте. Поручение контроля экспертам – это гарантия высокого качества и соответствия требованиям!