При отрицательной температуре воздуха большая часть воды в порах грунта превращается в лед, который связывает минеральные частицы грунта в твердое тело. В результате повышаются прочность грунта и сопротивление его резанию, грунт намерзает на ковши землеройных машин и кузова транспортных средств. Это снижает производительность землеройных машин, а часто делает невозможной разработку грунта без выполнения дополнительных мероприятий.

Устойчиво мерзлое состояние грунт приобретает через 5-20 сут после наступления периода с отрицательными среднесуточными температурами и сохраняет его в течение 15-30 сут после наступления периода с положительными среднесуточными температурами. Глубина сезонного промерзания грунтов и характер ее колебания зависят от температуры воздуха и продолжительности периода с отрицательными температурами, от влажности грунта, уровня грунтовых вод и скорости их движения, от характера естественного покрова и плотности грунта, от времени выпадения первого снега, интенсивности роста снегового покрова и его толщины, силы и направления ветра.

Водонасыщенные, а также мелкопористые плотные грунты промерзают интенсивней и глубже, чем сухие и рыхлые. Наибольшая глубина промерзания наблюдается при 30-40%-ной влагонасыщенности пор грунта. При дальнейшем влагонасыщении глубина промерзания уменьшается в связи с увеличением скрытой теплоты замерзания.

При наличии наблюдений продолжительностью менее 10 лет, но не менее года глубину промерзания можно определить по формуле В. С. Лукьянова. При отсутствии наблюдений А. Н. Будников рекомендует определять максимальную глубину промерзания грунта.

Если теплопроводность грунта неизвестна, то глубину промерзания не защищенного снегом грунта определяют. Ориентировочно глубину промерзания грунтов влажностью 25-30% при отсутствии снежного покрова можно определить по графику. Если грунт покрыт снегом, то следует вводить коэффициенты 0,85; 0,7 и 0,65 при толщине покрова соответственно 0,25; 0,5 и 0,75 м.

Земляные работы ведут в зимнее время, если это необходимо для своевременного выполнения последующих работ или вызывается необходимостью использования имеющегося на строительной площадке мощного землеройного оборудования с вместимостью ковша 1 м 3 и более.

Без предварительной подготовки и рыхления грунт можно разрабатывать экскаватором с прямой и обратной лопатой с вместимостью ковша 0,5-0,65 м 3 при толщине мерзлого слоя до 0,25 м и 1-1,25 м 3 при толщине мерзлого слоя до 0,4 м.

При большей глубине промерзания грунт для экскавации заблаговременно подготавливают одним из следующих способов: предохранением его от промерзания на участках зимней разработки; рыхлением мерзлого грунта; оттаиванием мерзлого грунта.

Предохранение грунта от промерзания

Предохранение грунта от промерзания допускает его промерзание на глубину, при которой землеройные машины могут разрабатывать грунт без предварительного рыхления или оттаивания. Его выполняют осенью после окончания дождливого периода, но до выпадения первого снега и наступления устойчивых заморозков. Предохранение осуществляют: без нарушения поверхности грунта; с нарушением поверхности грунта; комбинированным способом.

В первом случае поверхность грунта покрывают теплоизоляционным материалом и грунт сохраняет пластичное состояние благодаря аккумулированному летом теплу. В качестве теплоизоляционного материала используют опилки, торф, солому, шлак, камышит, листву, пенопласт. Рекомендуется предварительно обезвоживать предохраняемый массив грунта. Защитный слой убирают по мере разработки площадки.

Для защиты грунта от промерзания искусственно создают снежный покров путем снегозадержания. Для этого предварительно снежные валы высотой 0,4-0,5 м располагают перпендикулярно направлению господствующих ветров или устанавливают цепочками щиты размером 1,5x2 м.

Для предохранения грунтов со степенью влагонасыщения 0,8-0,9 от смерзания применяют химическую обработку их хлористым натрием или кальцием. Обработанные ими грунты не смерзаются, не примерзают к рабочим органам землеройных машин и кузовам транспорта, сохраняют пластичное состояние. Для засоления рекомендуется использовать сухой реагент или его водный раствор при отсутствии дождей, при обработке плотных, глинистых грунтов, а также при образовании на поверхности к моменту засоления мерзлой корки.

Обработку песчаных грунтов и супесей производят за 5-10 сут до наступления устойчивых отрицательных температур, а глин и суглинков - за 20-25 сут, чтобы соль к моменту разработки участка растворилась и проникла в грунт. Перед засолением удаляют слой растительного грунта, производят грубую планировку и рыхлят поверхность.

Участок со значительным уклоном вспахивают и рыхлят на глубину 20-30 см, чтобы предотвратить смывание раствора.

Расход хлористого натрия для средней полосы СССР можно приближенно определить по графику. При небольших объемах работ применяют сплошное покрытие участка солью, при больших объемах работ и при работе мощных экскаваторов - покрытие участка полосами.

Предохранение грунта от промерзания с нарушением его поверхности производят вспашкой на глубину не менее 35 см, боронованием на глубину 15-20 см или окучиванием. Слой взрыхленного и заборонованного грунта является хорошим теплоизолятором для нижележащего, грунта, а взрыхленный грунт имеет малую прочность и его можно разрабатывать любым экскаватором.

Для разработки грунта в первой трети зимы достаточна вспашка на глубину 25 см. При этом глубина промерзания уменьшается в 4-5 раз. Рыхление должно быть перекрестным, с перекрытием полос до 0,2 м.

При вспашке и одновременном наталкивании на всю утепляемую площадь рыхлого грунта слоем до 80 см можно разрабатывать грунт во второй трети зимы. Участок для разработки в последней трети зимы утепляют перелопачиванием грунта экскаватором после первых морозов с рыхлением на глубину до 1,5 м.

Во время продолжительных устойчивых морозов верхний слой в забое промерзает при сухих грунтах до 40-50 см, а при влажных - до 70 см. Однако прочность смерзшегося разрыхленного грунта ниже прочности неразрыхленного грунта при той же глубине промерзания и разрабатывать его можно экскаватором с ковшом вместимостью меньше 0,5 м 3 .

Для большего эффекта способа предохранения грунта от промерзания рыхлением следует обеспечить быстрый сток осадков с поверхности утепляемого участка. Предварительное рыхление целесообразно производить глубокой осенью, когда прекратятся дожди, а сильные морозы еще не наступят.

Глубину промерзания утепленного вспашкой и рыхлением грунта можно определить.

Рыхление мерзлых грунтов применяют в случаях, когда их мощность превышает 40 см. Рыхление производят взрывами или механическим дроблением и резанием. Рыхление взрывами целесообразно при глубине промерзания свыше 0,8-1 м. Для взрывного рыхления применяют шпуровой метод при глубине промерзания 1,3-1,5 м, метод скважинных зарядов при глубине промерзания 1,5-2 м, а также взрывы с помощью горизонтальных рукавов. Шпуры и скважины проходят на глубину 0,8-0,95 толщины мерзлого слоя и размещают в них заряд, массу которого определяют.

Шпуры и скважины располагают в шахматном порядке или по квадратной сетке с расстоянием между ними от 0,8 до 1,4 W. Горизонтальные рукава сечением 0,2x0,25 м и длиной 1,0-1,1 толщины мерзлого слоя проходят в талом грунте на контакте с мерзлым.

Объем разрыхленного одним взрывом грунта принимают из условия его уборки за 8-10 ч при температуре воздуха до -25°С и за 4-5 ч при более низкой.

Механическое дробление и резание мерзлых грунтов применяют при небольших объемах работ и глубине промерзания не более 1,3 м. При большей глубине промерзания целесообразно производить двухслойное рыхление. Малые объемы грунта рыхлят пневматическим или электрифицированным инструментом, большие - специальными клиновыми мерзлоторыхлителями с применением ударных или статических нагрузок.

Оттаивание мерзлых грунтов применяют в стесненных условиях, когда механическое дробление невозможно, а рыхление взрывом недопустимо.

Различают оттаивание поверхностное, когда тепло от размещенного на поверхности теплоносителя идет вниз; радиальное, когда нагреватель размещен в скважине и тепло от него распространяется по радиусу; глубинное, при котором теплоноситель размещен ниже мерзлого грунта и тепло от него распространяется вверх к поверхности, и комбинированное, когда тепло распространяется как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. В зависимости от теплоносителя различают оттаивание огнем, горячей водой, паром, электрическим током.

Огневой способ применяют при малых объемах работ, при наличии дешевого топлива и в аварийных случаях. При этом с поверхности удаляют снег, лед и укладывают на нее утепленный газоход. Пламя воздействует на грунт 6-8 ч. Дальнейшее оттаивание идет вследствие перераспределения аккумулированного тепла. Продолжительность прогрева на глубину до 1,5-1,7 м составляет 48-60 ч.

При оттаивании горячей водой используют циркуляционные иглы. Их погружают в грунт на расстоянии 0,7-1,2 м в один ряд при разработке узких выемок или в шахматном порядке при разработке широких выемок. Продолжительность оттаивания на глубину 1,3 м - 36-48 ч.

Оттаивание паром применяют поверхностное - батареями на глубину до 1 м и глубинное - паровыми иглами на глубину до 1,5 м. Иглы размещают в скважинах в ряд или в шахматном порядке на расстоянии 1-2 м. Пар подают циклично с перерывами в 1-2 ч. . Продолжительность цикла составляет 2-3 ч для песчаного, 3-4 ч для суглинистого и 4-5 ч для глинистого грунта. Пар подают под давлением 0,05-0,07 МПа при глубине промерзания до 1,5 м и 0,15-0,2 МПа при большей глубине. По прекращении прогрева участок утепляют и после перераспределения тепла разрабатывают. Радиус влияния иглы за 3-10 ч прогрева составляет 0,5-1,5 м.

Одним из наиболее распространенных методов радиального оттаивания является оттаивание электрическими иглами или трубчатыми электронагревателями. Радиус оттаивания иглами 0,3-0,4 м, продолжительность 10-12 ч, глубина 1,5 м, энергоемкость 30-35 кВт-ч/м 3 . Радиус оттаивания трубчатыми электронагревателями 0,6-0,8 м, продолжительность 12-14 ч, глубина 2,5 м, энергоемкость 14-16 кВт-ч/м 3 .

Оттаивание мерзлых грунтов электропрогревом производится горизонтальными или вертикальными поверхностными электродами и вертикальными глубинными электродами. При горизонтальных электродах тепло передается мерзлому грунту первоначально от нагретого ими слоя опилок, которые смочены 1-2%-ным раствором поваренной соли.

После оттаивания верхнего слоя грунт сразу же включается в электрическую цепь и в нем выделяется тепло. Расстояние между электродами составляет 40-50 см при напряжении 220 В и 70-80 см при напряжении 380 В. Глубина оттаивания этими электродами составляет 0,5-0,7 м. Вертикальные поверхностные электроды первоначально забивают в грунт на глубину 0,4-0,5 м присыпают 15-20-сантиметровым слоем опилок, смоченных раствором поваренной соли. По мере оттаивания грунт включается в электрическую цепь. Через 5-6 ч прекращают подавать ток, электроды забивают на толщу оттаявшего за это время грунта и так до полной глубины оттаивания, равной обычно 1,5 м. Расстояние между электродами 0,4-0,7 м, расход электроэнергии 30-95 кВт-ч/м 3 . Вертикальные глубинные электроды забивают на всю толщу мерзлого грунта и на 5-10 см в талый электропроводный грунт. Оттаивание идет снизу вверх. Продолжительность прогрева 18- 24 ч, глубина оттаивания 1,5 м, расстояние между электродами 0,5-0,7 м, расход электроэнергии 22-29 кВт ч/м 3 . Разработку грунта при электродном прогреве начинают через 24-48 ч после отключения тока, чтобы использовать аккумуляцию тепла для увеличения размеров талой зоны.

Химический способ оттаивания основан на способности раствора хлористых солей плавить в порах грунта лед и переводить грунт в пластичное состояние. Его применяют для размораживания грунтов при водонасыщении их до 0,7-0,8. При размораживании песчаных и супесчаных грунтов раствор разливают при температуре не ниже +20°С равными дозами 2 раза, а суглинистых- 3 раза с перерывом 1-2 сут. Песчаные и супесчаные грунты разрабатывают на пятые-восьмые сутки после первого полива, а суглинистые - на седьмые-двенадцатые. Перед розливом раствора устраивают прорези вдоль фронта работ на расстоянии 0,8-1,0 м друг от друга глубиной не более 0,5 глубины промерзания, бурят скважины диаметром не менее 10-15 см и глубиной не более% глубины промерзания через 0,6-0,8 м или устраивают обвалование по квадратам 2x2 м.

Намерзание грунта на стенки ковша экскаватора

В зимних условиях разработку грунта землеройными механизмами, его транспорт и возведение сооружений осуществляют с интенсивностью, которая исключает смерзание грунта, без перерывов, в три смены и при необходимости с утеплением насыпей грунта и забоя.

При этом выбирают землеройные механизмы, которые могут разрабатывать смерзшийся грунт без предварительной его подготовки или при незначительных затратах на это. Так, экскаваторы-драглайны и экскаваторы с прямой лопатой с вместимостью ковша 1 м 3 могут разрабатывать слой смерзшегося грунта толщиной соответственно до 15 и 40 см.

Намерзание грунта на стенки ковша экскаватора и кузова транспорта уменьшает их полезную вместимость, увеличивает рабочий цикл и уменьшает производительность по сравнению с летней на 15-20%.

Для предотвращения намерзания грунта применяют электропрогрев ковша и кузовов, портативные вибраторы, поливают их растворами хлоридов (СаС12, NaCl). Например, при температуре воздуха -20 °С эффективна обмазка кузова горячим раствором СаС12 (1-1,3 частей воды по массе на 10 частей СаС12). Слой обмазки толщиной 1-2 мм устойчив в течение 20-30 рейсов. Более устойчива (до 180 рейсов) обмазка кузова смесью битума марки III (80%) с отработанным маслом (20%), защищенная сверху 4-5-мил-лимстровым слоем раствора хлористого кальция. Эффективен обогрев кузова отработанным газом.

Забой в зимних условиях разрабатывают с учетом направления господствующих ветров и положения сторон света. Лучше, когда забой перемещается на север и навстречу направлению господствующих ветров. Разработку грунта ведут без перерывов на высоких скоростях. Если перерывы неизбежны и длительны, забой утепляют или перед перерывом производят рыхление грунта в забое с перелопачиванием. Зимний забой делают уже и ниже, чем летний. Его разделяют на две захватки. В одной ведут экскавацию разрыхленного грунта, а другую готовят к рыхлению взрывом. При механическом дроблении грунта разработка его может вестись по схеме. Участок очищают от снега непосредственно перед разработкой.

При разработке котлованов или подготовке основания под плотины оставляют защитный слой грунта, предохраняющий его от промерзания на проектных отметках. Удаляют этот слой непосредственно перед укладкой бетонной смеси или грунта и даже в некоторых случаях под тепляком.

Применение скреперов зимой возможно лишь при организации работ, исключающей промерзание очередного слоя срезаемого грунта.

Непосредственная разработка мерзлого грунта

Метод оттаивания грунта с разработкой его в талом состоянии

Производство земляных работ в зимних условиях

Лекция 3.

Список использованных источников

1.СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты

2.СНиП 3.01.01-85 (с изм. 1 1987, 2 1995) Организация строительного производства

Производство работ в зимних условиях.

Значительная часть территории России расположена в зонах с про­должительной и суровой зимой. Однако строительство осуществляется круглогодично, в этой связи около 15% общего объема земляных ра­бот приходится выполнять в зимних условиях и при мерзлом состоя­нии грунта. Особенность разработки грунта в "мерзлом состоянии за­ключается в том, что при замерзании грунта механическая прочность его возрастает, а разработка затрудняется. Зимой значительно возрас­тает трудоемкость разработки грунта (ручных работ в 4...7 раз, механизированных в 3...5 раз), ограничивается применение некоторых ме­ханизмов - экскаваторов, бульдозеров, скреперов, грейдеров, в то же время выемки зимой можно выполнять без откосов. Вода, с которой много неприятностей в теплое время года, в замерзшем состоянии ста­новится союзником строителей. Иногда отпадает необходимость в шпунтовых ограждениях, практически всегда в водоотливе. В зави­симости от конкретных местных условий используют следующие ме­тоды разработки грунта:

■ предохранение грунта от промерзания с последующей разработ­кой обычными методами;

■ оттаивание грунта с разработкой его в талом состоянии;

■ разработка грунта в мерзлом состоянии с предварительным рых­лением;

■ непосредственная разработка мерзлого грунта.

2. Предохранение грунта от промерзания

Этот метод основан на искусственном создании на поверхности участка, намеченного к разработке в зимнее время, термоизоляционно­го покрова с разработкой грунта в талом состоянии. Предохранение проводится до наступления устойчивых отрицательных температур, с заблаговременным отводом с утепляемого участка поверхностных вод. Применяют следующие способы устройства термоизоляционного покрытия: предварительное рыхление грунта, вспахивание и боронова­ние грунта, перекрестное рыхление, укрытие поверхности грунта утеп­лителями и др.

Предварительное рыхление грунта , а также вспахивание и бороно­вание осуществляется накануне наступления зимнего периода на уча­стке, предназначенном для разработки в зимних условиях. При рых­лении поверхности грунта верхний слой приобретает рыхлую структуру с заполненными воздухом замкнутыми пустотами, обладающи­ми достаточными теплоизоляционными свойствами. Вспашку произ­водят тракторными плугами или рыхлителями на глубину 30...35 см с последующим боронованием на глубину 15...20 см. Такая обработка в сочетании с естетвенно образующимся снеговым покровом отдаля­ют начало промерзания грунта на 1,5 мес, а на последующий период уменьшают общую глубину промерзания примерно на 113. Снеговой покров может быть увеличен перемещением снега на участок бульдо­зерами или автогрейдерами или установкой перпендикулярно направ­лению господствующих ветров нескольких рядов снегозащитных за­боров из решетчатых щитов размером 2х2 м на расстоянии 20...30 м ряд от ряда.

Глубинное рыхление производят экскаваторами на глубину 1,3... 1,5 м пу­тем перекидки разрабатываемого грунта на участке, где в последую­щем будет располагаться земляное сооружение.

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

Предварительная обработка поверхности грунта механическим рыхлением особенно эффективна при утеплении этих участков земли.

Укрытие поверхности грунта утеплителями . Для этого использу­ют дешевые местные материалы - древесные листья, сухой мох, тор­фяная мелочь, соломенные маты, стружки, опилки, снег. Наиболее простой способ - укладка этих утеплителей толщиной слоя 20...40 см непосредственно по грунту. Такое поверхностное утепление применя­ют в основном для небольших по площади выемок.

Укрытие с воздушной прослойкой . 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 ним сверху насыпают слой опилок или древесных стружек толщиной 15...20 см с предохранением их от сдувания ветром. Такое укрытие чрезвычайно эффективно в условиях срединной России, 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.

3. Метод оттаивания грунта с разработкой его в талом состоянии

Оттаивание происходит за счет теплового воздействия и характе­ризуется значительной трудоемкостью и, энергетическими затратами. Применяется в редких случаях, когда другие методы недопустимы или неприемлемы - вблизи действующих коммуникаций и кабелей, в стес­ненных условиях, при аварийных и ремонтных работах.

Способы оттаивания классифицируются по направлениюраспро­странения теплоты в грунте и по применяемому теплоносителю(сжигание топлива, пар, горячая вода, электричество). По направлению оттаивания все способы делятся на три группы.

Оттаивание грунта сверху вниз . Теплота распространяется в вер­тикальном направлении от дневной поверхности вглубь грунта. Спо­соб наиболее прост, практически не требует подготовительных работ, наиболее часто применим на практике, хотя с точки зрения экономно­го расхода энергии наиболее несовершенен, так как источник теплоты размещается в зоне холодного воздуха, поэтому неизбежны значитель­ные потери энергии в окружающее пространство.

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. Потребная 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.

Радиальное оттаивание грунта занимает промежуточное положение между двумя предыдущими способами по расходу тепловой энергии. Теплота распространяется в грунте радиально от вертикаль­но установленных прогревных элементов, но для того, чтобы их уста­новить и подключить к работе требуются значительные подготовительные работы. Для выполнения оттаивания грунта по любому из этих трех спосо­бов необходимо участок предварительно очистить от снега, чтобы не тратить тепловую энергию на его оттаивание и недопустимо переув­лажнять грунт.

В зависимости от применяемого теплоносителя существует не­сколько методов 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 расжечь костер или разработать талый грунт и на дне ямы развести костер. Применяют способ крайне редко, так как только незначительная часть тепловой энергии расходуется продуктивно.

Огневой способ применим для отрывки небольших траншей, ис­пользуется звеньевая конструкция (рис. 3.1) 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 с 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. После смены агрегат убирают, полосу оттаявшего грунта засыпают опилками, дальнейшее оттаивание продолжается за счет аккумулированного в грунте тепла.

Электропрогрев . Сущность данного метода состоит в пропускании электрического тока через грунт, в результате чего он приобретает по­ложительную температуру. Используют горизонтальные и вертикаль­ные электроды в виде стержней или полосовой стали. Для первона­чального движения электрического тока между стержнями необходимо создать токопроводящую среду. Такой средой может быть талый грунт, если электроды

рода к другому. Под воздействием теплоты происходит оттаивание нижележащих слоев грунта. В последующем распростране­ние тепловой энергии осуществляется в основном в

толще грунта, опилочный слой только защищает обогреваемый участок от потерь тепло­ты в атмосферу, для чего слой опилок целесообразно накрыть рулон­ными материалами или щитами. Этот способ достаточно эффективен при глубине промерзания или оттаивания грунта до 0,7 м. Расход элек­троэнергии на отогрев 1 м 3 грунта колеблется в пределах 150...300 кВт.ч, температура нагретых опилок не превышает 80...90°С.

Оттаивание грунта полосовыми электродами, укладываемы­ми на поверхность грунта, очищенной от снега и мусора, по возмож­ности выровненной. Концы полосового железа отгибают кверху на 15...20 см для подключения к электропроводам. Поверхность отогре­ваемого участка покрывают слоем опилок толщиной 15...20 см, смо­ченных раствором хлористого натрия или кальция консистенции 0,2...0,5%. Так как грунт в промороженном состоянии не является про­водником, то на первой стадии ток движется по смоченным раствором опилкам. Далее отогревается верхний слой грунта и оттаявшая вода начинает проводить электрический ток, процесс со временем идет вглубь грунта, опилки начинают выполнять роль теплозащиты отогре­ваемого участка от теплопотерь в атмосферу. Опилки сверху обычно покрывают толем, пергамином, щитами, другими защитными материа­лами. Способ применим при глубине отогрева до 0,6...0,7 м, так как при больших глубинах напряжение падает, грунты менее интенсивно включаются в работу, значительно медленнее нагреваются. К тому же они достаточно пропитаны с осени водой, которая требует больше энергии для перехода в талое состояние. Расход энергии колеблется в пределах 50...85 кВт.ч на 1 м 3 грунта.

Оттаивание грунта стержневыми электродами (рис. 3.2). Данный метод осуществляют сверху вниз, снизу вверх и комбиниро­ванным способами. При оттаивании грунта вертикальными электрода­ми стержни из арматурного железа с заостренным нижним концом за­биваются в грунт в шахматном порядке, обычно используя рамку 4x4 м с крестообразно натянутыми проволоками; расстояние между элек­тродами оказывается в пределах 0,5...0,8 м.

При прогреве сверху вниз предварительно очищают от снега и на­леди поверхность, стержни забивают в грунт на 20...25 см, укладыва­ют слой опилок, пропитанных раствором солей. По мере прогрева грунта электроды забивают глубже в грунт. Оптимальной.будет глу­бина прогрева в пределах 0,7...1,5 м. Продолжительность оттаивания грунта воздействием электрического тока примерно 1,5...2,0 сут, по­сле этого увеличение глубины оттаивания будет происходить за счет аккумулированной теплоты еще в течение 1...2 сут. Расстояние меж­ду электродами 40...80 см, расход энергии по сравнению с полосовы­ми электродами сокращается на 15...20% и составляет 40...75 кВт ч на 1 м 3 грунта.

При прогреве снизу вверх пробуривают скважины и вставляют элек­троды на глубину, превышающую глубину промерзшего грунта на 15...20 см. Ток между электродами идет по талому грунту ниже уровня промерзания, при нагреве грунт отогревает вышележащие слои, кото­рые также включаются в работу. При этом методе применять слой опилок не требуется. Расход энергии составляет 15...40 кВт ч на 1 м 3 грунта.

Третий, комбинированный способ, будет иметь место при заглубле­нии электродов в подстилающий талый грунт и устройстве на дневной поверхности опилочной засыпки, пропитанной солевым раствором. Электрическая цепь замкнется наверху и внизу, оттаивание грунта бу­дет происходить сверху вниз и снизу вверх одновременно. Так как трудоемкость подготовительных работ при этом способе самая высо­кая, то его применение может быть оправдано лишь в исключитель­ных случаях, когда требуется ускоренное 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, т. е. сокращено их количество почти в два раза. Про­цесс оттаивания грунта протекает относительно быстро. Ограниченное использование способа связано с недостаточным выпуском генерато­ров токов высокой частоты.

Одним из методов, которые в настоящее время утратили свою эффективность и вытеснены более современными, является оттаи­вание грунта паровыми или водяными иглами. Для этого необхо­димо наличие источников горячей воды и пара, при малой, до 0,8 м глубине промерзания грунта. Паровые иглы представляют со­бой металлическую трубу длиной до 2 м и диаметром 25...50 мм. На нижнюю часть трубы насажен наконечник с отверстиями диаметром 2...3 мм. Иглы соединяют с паропроводом гибкими резиновыми шлангами при наличии на них кранов. Иглы заглубляют в скважи­ны, предварительно пробуриваемые на глубину, приблизительно равную 70% глубины оттаивания. Скважины закрывают защитными колпаками, снабженные сальниками для пропуска паровой иглы. Пар подают под давлением 0,06...0,07 МПа. После установки акку­мулированных колпаков прогреваемую поверхность покрывают сло­ем термоизоляционного материала, чаще всего опилок. Иглы распо­лагают в шахматном порядке с расстоянием между центрами 1 ...1,5 м. Расход пара на 1 м 3 грунта составляет 50..100 кг. За счет выделения паром в грунте скрытой теплоты парообразования прогрев грунта проходит особенно интенсивно. Этот метод требует расхода тепло­вой энергии примерно в 2 раза больше, чем метод вертикальных 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. Прямоугольные маты, размеры которых могут закрывать поверхность от 4...8 м 2 , укладыва­ются на оттаиваемый участок и подсоединяются к источнику электри­чества напряжением 220 В. 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.

4. Разработка грунта в мерзлом состоянии с предварительным рыхлением

Рыхление мерзлого 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 мерзлого грунта статическим (рис.3.3.) или динамическим воздействием.

При динамическом воздействии на грунт осуществляется его раскалывание или сколы молотами свободного падения и направ­ленного действия (рис.3.4.). Этим способом разрыхление грунта производят молотами свободного падения (шар- и клин-молотами), подвешенными на канатах на стрелы экскаваторов, либо молотами направленного действия, когда рыхление осуществляется сколом грунта. 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 применять при рыхлении песчаных и супесчаных грунтов, клин-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 (рис. 3.5.).

Статическое воздействие основано на непрерывном режущем усилии в мерзлом грунте специального рабочего органа - зуба-рыхли­теля, который может быть рабочим оборудованием гидравлического экскаватора «обратная лопата» или быть навесным оборудованием на мощных тракторах.

Рис. 3.3. Рыхление мерзлого грунта статическим воздействием: а - бульдозером с активными зубьями; б - экскаватором-рыхлителем; 1 - направление хода рыхления

Рыхление статическими рыхлителями на базе трактора подразумевает в качестве навесного оборудования специального ножа (зуба), режущее усилие которого создается за счет тягового усилия трактора. Машины этого типа рассчитаны на послойное рыхление грунта на глубину 0,3...0,4 м. Число зубьев зависит от мощности трактора, при минимальной мощности трактора 250 л.с. использу­ется один зуб. Разрыхление грунта осуществляют параллельными послойными проходками через 0,5 м с последующими поперечными проходками под углом 60...90° к предыдущим. Перемещение разрыхленного грунта в отвал осуществляют бульдозерами. Целе­сообразно навесное оборудование крепить непосредственно на бульдозер и использовать его для самостоятельного перемещения разрыхленного грунта. Производительность рыхли­теля 15...20 м 3 /ч.

Способность статических рыхлителей послойно разрабатывать мерзлый грунт дает возможность использовать их независимо от глу­бины промерзания грунта. Современные рыхлители на базе тракторов с бульдозерным оборудованием благодаря своим широким технологи­ческим возможностям находят широкое применение в строительстве. Это обусловлено их высокой экономичностью. Так, стоимость разра­ботки грунта с применением рыхлителей по сравнению с взрывным способом рыхления в 2...3 раза ниже. Глубина рыхления этими маши­нами составляет 700... 1400 мм.

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 взрывчатое вещество помещается только в сред­нюю, 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 сверху засыпают талым песком. При ка­чественном выполнении подготовительных работ в процессе взры­вания мерзлый грунт полностью дробится, не повреждая стенок кот­лована или траншеи.

Разрыхленный взрывами грунт разрабатывается экскаваторами или землеройно-транспортными машинами.

5. Непосредственная разработка мерзлого грунта

Разработка (без предварительного рыхления) может осуществляет­ся двумя методами - блочным и механическим.

Блочный метод разработки применим для больших площадей и основан на том, что монолитность мерзлого грунта нарушается за счет разрезки его на блоки. С помощью навесного оборудования на тракторе - баровой машины грунт разрезают при взаимно-перпендику­лярных проходках на блоки шириной 0,6... 1,0 м (рис.3.6.). При малой глубине промерзания (до 0,6 м) достаточно сделать только продольные разрезы.

Баровые машины, осуществляющие нарезку щелей, имеют одну, две или три врубовые цепи, навешенные на тракторы или траншейные экскаваторы. Баровые машины позволяют прорезать в мерзлом грунте щели глубиной 1,2...2,5 м. Используют стальные зубья с режущей кромкой из прочного сплава, что продлевает срок их службы, а при
износе или истирании позволяет быстро их заменить. Расстояние между барами принимается в зависимости от грунта через 60... 100 см. Раз­работку производят экскаваторами «обратная лопата» с ковшом боль­шой вместимости или глыбы грунта волоком перемещают с разрабаты­ваемой площадки в отвал бульдозерами или тракторами.

Механический метод основан на силовом, а чаще в сочетании с ударным или вибрационном воздействии на массив мерзлого грунта. Реализуется метод применением обычных землеройных и землеройно-транспортных машин и машин со специально разработанными для зимних условий рабочими органами (рис.3.7.).

Рис. 3.6. Схема блочной разработки грунта:

а- нарезка щелей баровой машиной; б - то же, с извлечением блоков трактором; в - разработка котлована с извлечением блоков мерзлого грунта при помощи крана; 1 - слой мерзлого грунта; 2 - режущие цепи (бары); 3 - экскаватор; 4 - щели в мерзлом грунте; 5 - нарезанные блоки грун­та; б - перемещаемые с площадки блоки; 7 - стоянки крана; 8 - транспортное средство; 9 - кле­щевой захват; 10 - строительный кран; 11 - трактор

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

Для зимних условий разработано специальное оборудование для одноковшовых экскаваторов - ковши с виброударными активными зубьями и ковши с захватно-клещевым устройством. 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, при­носят хорошие результаты. За счет избыточного режущего усилия такие одноковшовые экскаваторы могут послойно разрабатывать массив мерзлого грунта. Процесс рыхления и экскавации грунта оказывается единым.

Разработку грунта осуществляют и многоковшовыми экскаватора­ми, специально разработанными для проходки траншей в мерзлом грунте. Для этой цели служит специальный режущий инструмент в виде клыков, зубьев или коронок со вставками из твердого металла, укрепляемых на ковшах. На рис. 5.40 показан рабочий орган многоков­шового экскаватора с активными зубьями для разработки скальных и мерзлых грунтов.

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.

6. Контроль качества земляных работ

Процессы возведения земляных сооружений систематически кон­тролируют, проверяя:

■ положение выемок и насыпей в пространстве (в плане и высот­ное);

■ геометрические размеры земляных сооружений;

■ свойства грунтов, залегающих в основании сооружений;

■ свойства грунтов, используемых для устройства насыпных со­оружений;

■ качество укладки грунта в насыпи и обратные засыпки (характеристики уложенных и уплотненных грунтов).

Постоянный контроль за качеством производства работ осуществ­ляют инженерно-технические работники, операционный контроль про­изводят с привлечением представителей геодезической службы и строительной лаборатории.

При контроле положения в пространстве и размеров сооруже­ний проверяют: расположение на плане земляных сооружений и их размеры; отметки бровок и дна выемок; отметки верха насыпей с учетом запаса на осадку; отметки спланированных поверхностей, уклоны откосов выемок и насыпей. Данный контроль осуществля­ют с помощью геодезических приборов, а также простейших инструкций.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

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

• Введение
• 1. Производство земляных работ в условиях низких температур
• 1.1 Особенности грунта в зимнее время
• 1.2 Предохранение грунта от промерзания
• 1.3 Способ защиты грунтов
• 1.4 Способы рыхления грунта
• 1.4.1 Взрывной способ
• 1.4.2 Механизированный способ
• 1.5 Оттаивание грунтов
• 1.6 Требования к оттаиванию и рыхлению грунта
• 1.7 Способы устройства насыпей из связных грунтов
• 2. Производство земляных работ в период жаркой погоды
• 2.1 Особенности земляных работ в жаркую погоду
• 2.2 Рациональный способ разработки грунтов
• 2.3 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.

1.1 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.

1.2 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.

1.4 Способы рыхления грунта

1.4.1 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

1.4.2 Механизированный способ

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

1.5 Оттаивание грунтов

Оттаивание мерзлых грунтов проводят при невозможности взрывного или механического способа рыхления и при малых объемах работ. Оттаивание грунта осуществляют, прогревая его паром, горячей водой, с помощью электрического тока или огня. В зависимости от способа подвода тепла от нагревателей к грунту различают 3 вида оттаивания: поверхностное, радиальное, глубинное.

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 мі), 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 мІ 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 мі; 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

l =П(Т-Ттр-Тр)60bh

где П - производительность комплекта уплотняющих машин, мі/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;

b 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/мі 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/мі 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

2.1 Особенности земляных работ в жаркую погоду

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.

2.2 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.

2.3 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.

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

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

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

3. Справочное пособие. Производство земляных работ.

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

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Расчет рабочих отметок, контура и объемов земляных работ. Средства механизации производства земляных работ. Разработка технологической карты и графика ведения бульдозерных, скреперных, экскаваторных работ. Ведение земляных работ в особых условиях.

курсовая работа , добавлен 17.02.2011


Определение объема земляных работ из условия баланса земляных масс и среднего расстояния транспортирования грунта. Планирование комплексного механизированного производства работ. Определение схемы движения и марки экскаватора для разработки котлована.

курсовая работа , добавлен 23.06.2009


Определение объемов земляных работ. Расчет средней дальности перемещения грунта при вертикальной планировке площадки. Выбор комплектов машин для разработки грунта. Необходимые работы при мерзлых грунтах. Операционный контроль качества строительных работ.

курсовая работа , добавлен 18.04.2015


Виды земляных сооружений. Характеристика подготовительных, вспомогательных и основных земляных работ. Способы разработки грунта. Разработка грунта одно- и многоковшовыми экскаваторами, землеройно-транспортными машинами. Гидромеханизация земляных работ.

презентация , добавлен 20.04.2014


Определение размеров котлована под фундамент здания. Разработка грунта в котловане экскаватором. Календарный план производства земляных работ. Планировка дна котлована бульдозером и вручную. Расчет объемов земляных работ. Калькуляция трудовых затрат.

курсовая работа , добавлен 29.11.2012


Планировка строительной площадки. Объем земляных работ, подбор техники для их производства. Подбор скреперов для перемещения грунта из выемки в насыпь, экскаватора для рытья котлована и автосамосвалов для вывозки грунта. Технология размораживания грунтов.

курсовая работа , добавлен 16.12.2012


Определение объема земляных работ из условия баланса земляных масс. Определение расстояния транспортирования грунта. Планирование комплексного механизированного производства работ. Определение схемы движения и марки экскаватора для разработки котлована.

курсовая работа , добавлен 11.08.2010


Определение черных и красных рабочих отметок и контура земляных работ. Подсчет объемов земляных работ при планировке площадки. Составление баланса земляных масс и картограммы. Выбор средств механизации производства. Правила по технике безопасности.

курсовая работа , добавлен 17.02.2016


Разработка грунта, его перемещение, укладка и уплотнение. Расчет объемов земляных работ. Выбор способа производства работ и комплекса машин. Использование прицепного и самоходного скреперов. Способы борьбы с грунтовыми водами при разработке котлована.

курсовая работа , добавлен 05.10.2012


Подсчет объемов земляных работ. Выбор способов их производства путем технико-экономического сравнения. Определение границ между насыпью и выемкой. Комплект машин для разработки траншей, обратной засыпки и уплотнения грунта. Расчет забоя экскаватора.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис.2 Схемы разработки мерзлых грунтов с предварительным рыхлением:

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

Рис.3. Схемы разработки мерзлых грунтов блочным способом:

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

Рис.4. Схемы разработки с химическим оттаиванием грунта:

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

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

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

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.

К атегория: - Механизация строительства земляного полотна