В зимний период целесообразно выполнять следующие работы: возведение насыпей из крупнообломочных и песчаных грунтов, разработка выемок и резервов в необводненных песках, гравийно-галечниковых и скальных грунтах, возведение насыпей из глинистых грунтов при влажности близкой к оптимальной на устойчивых основаниях, разработка в непереувлажненных глинистых грунтах выемок глубиной более 3 метров, устройство насыпей на болотах, укрепление откосов насыпей. Разработка боковых резервов возможна при отсутствии смерзания грунтов или в начале зимы при температуре близкой к нулю градусов, в остальных случаях работы целесообразно вести из глубоких сосредоточенных резервов или карьеров, пригодных для работы экскаваторов.
ППР должна быть предусмотрена организация систематической очистки от снега рабочих площадей и транспортных путей.
Подготовительные работы.
До начала земляных работ на объектах, намеченных к строительству в зимних условиях, кроме общих подготовительных работ, должны быть выполнены следующие специальные работы: установлены снегонезаносимые разбивочные знаки, обеспечен водоотвод на участках производства работ на трассе, подготовлены подъездные пути и средства защиты от заноса, подготовлены бытовые помещения.
Основания под насыпи должны быть подготовлены в летнее время (включая снятия растительного слоя), перед началом тщательно очищены от снега, в случае возведения насыпи на сильно и чрезмерно пучинистых участках в районах с глубиной промерзания более 1.5 метра, нижние слои насыпи следует возводить до наступления устойчивых отрицательных температур.
В летний период необходимо подготовить поверхность сосредоточенных резервов и карьеров: устройство подъездных дорог, расчистка поверхности, устройства входных забоев и пионерных траншей, предохранение от промерзания.
Резервы предназначенные для разработки в зимних условиях, должны быть предварительно обследованы осенью. В задачу обследования входит определение плотности и влажности грунта, после наступления морозов, проверяют влажность снова.
Разработка выемок и возведение насыпей.
При разработке выемок или карьеров в зимних условиях, необходимо очищать поверхность экскавации от снега, льда отепляющих материалов, не более чем на одну смену вперед и в дальнейшем по мере продвижения забоя непосредственно перед началом разработки грунта. Площадь очистки при температуре до - 10 градусов - суточная производительность ведущей машины, ниже - 10 градусов - суточная производительность ведущей машины.
При сильных снегопадах и метелях разработку грунта и отсыпку насыпей следует прекращать, а перед возобновлением работ полностью удалять с насыпи снег и лед. Во время оттепелей и перед началом весеннего снеготаяния верхняя часть насыпи и откосы насыпей возведенных зимой следует очищать от снега. Дно и откосы выемок следует планировать после оттаивания грунта.
В начале зимы, также при толщине мерзлого слоя не более 25 см, возможна разработка грунта скрепером с объёмом ковша более 6 м 3 , при условии их непрерывной работы.
Разработка выемок, расположенных на уклоне должна начинаться с низовой стороны. Отдельные забои располагают с обеспечением постоянного водоотвода. При наличии в откосах выемок грунтовых вод должен быть обеспечен отвод.
Зимой кузова автосамосвалов желательно обогревать, если нет то смазывать изнутри не ниже 2-3 раза в смену концентрированным раствором хлористого кальция либо нефтью, мазутом, отработанным маслом. В конце смены, кузова автосамосвалов, ковши скрепера и экскаватора - тщательно очищают.
В часть насыпи расположенную ниже уровня грунтовых вод на болотах с частичным или полным выторфовыванием, разрешается укладывать песчаные мерзлые грунты при условии, что верхняя часть насыпи будет возведена из таких же но талых грунтов.
Кавальеры отсыпанные в зимних условиях, по сравнению с обычными нормами их расположения должны быть отодвинуты от бровки выемки на 1.5 метра, при высоте кавальера до 2 метров, и на 0.25 метра при высоте кавальера более 2 метров.
Для наиболее эффективного использования землеройно-транспортных машин во время перерывов вынужденных вскрытые резервы, выемки должны быть утеплены рыхлением, что позволяет предохранить верхний слой от промерзания на 1-3 суток.
При возведении насыпей, грунт распределяют на полную её ширину с соблюдением поперечного уклона не менее 50 ‰.
Уплотнение грунтов в зимних условиях.
Для катков нужен значительный фронт работ, что зимой трудно осуществить, поэтому работу катка часто принимают по челночной схеме.
Общее количество мерзлого грунта в насыпях не более 20 % для автодорожных насыпей... размеры мерзлых комьев при возведении насыпей не должны превышать 30 см, при уплотнении грунтов трамбующими машинами, и плитами и 20 см - при уплотнении грунтов катками массой более 25 тонн. Укладывать мерзлые комья грунта следует не ближе 1 метра от поверхности насыпи и откосов, равномерно по насыпи, нельзя допускать скоплений грунта особенно в боковых частях насыпи Отсыпку грунта зимой следует вести более толстыми слоями чем летом, причем на более коротких захватках...
В зимнее время - разработка должна быть круглосуточна. Не допуская образования мерзлой корки между зарезаниями, учитывая при расчете предельной дальности возки грунтов следующие значения:
Уплотнять грунты в зимних условиях следует самоходными и прицепными катками массой более 25 тонн, трамбовочными машинами и подвесными трамбующими плитами. При наличии мерзлых комьев также целесообразно применять решетчатый каток. Работа катков на пневмошинах давлением до 0.7 МПа становится малоэффективна при толщине мерзлой корки на поверхности толщиной 2-3 см.
Лучший способ работы в зимнее время - трамбование, при котором можно отсыпать грунт наиболее толстыми слоями и укладывать в насыпь более крупные куски мерзлого грунта.
Катки с гладкими вальцами и кулачковые катки практически малоэффективны для уплотнения грунта в зимних условиях ввиду незначительной толщины уплотняемого слоя и в связи с тем, что они требуют большого фронта работ по укатке, что ведёт к быстрому охлаждению грунта и к возможности его промерзания. Работа катков на пневмошинах в зимнее время сопровождается большим износом шин. Применение прицепных катков требует большого фронта работ, а это трудно осуществить в условиях быстрого промерзания, особенно в при тонкослойной отсыпке насыпи. Из этого следует, что уплотнение грунтов следует производить особенно тщательно, а отсыпку производить непереувлажненными и талыми грунтами с количеством мерзлоты не более допустимого. Работы производят на суженном фронте при максимальном насыщении его механизированными средствами с минимальными перерывами, и с такой интенсивностью, чтобы уложенный слой грунта не замерзал до отсыпки следующего слоя...
Поверхность выемки из которой намечается отвозка грунта в насыпь, до наступления морозов, предохраняется от промерзания путём рыхления ее на глубину не менее 25 см с последующим боронованием. Одновременно надо принять меры к снегозадержанию вплоть до засыпки поверхности снегом, чтобы толщина снежного покрова была не менее 25 см... При прекращении работ по укладке грунта в насыпь, необходимо предотвратить нарушение плотности и монолитности уложенного и уплотнённого грунта в связи с возможным его замерзанием и последующим оттаиванием, для этого последние 2-3 слоя грунта укладывают в насыпь с влажностью не превышающей 0.9 границы раскатывания, после чего отсыпают еще один слой грунта но без уплотнения...
Для отсыпки насыпей зимой допускаются: предварительно разрыхлённые скальные, гравийные, щебень, крупный и средней крупности песок. Несвязные грунты укладывают и уплотняют также как в летнее время, причем их дополнительное увлажнение не требуется. Глинистые грунты допускаются если их влажность не превышает 0.9 границы раскатывания. Допускаются также мелкие и пылеватые грунты.
Однако следует ориентироваться - на разработку несвязных грунтов и малосвязных грунтов...
Рыхлый - неуплотнённый снег - хороший утеплитель!
При возведении земляного полотна зимой - особое внимание устойчивости естественного основания, для предотвращения промерзания естественного основания, можно в летнее время отсыпать слой грунта высотой 1.5 метра с тщательным уплотнением, эти работы выполнять до зимы, в зимний период производят основные работы по отсыпке земляного полотна, а в летний период, после осушения земляного полотна отсыпать последние 1-1.5 метра верха насыпи (естественно это эффективно при высоких насыпях и больших объёмах работ).
Мерзлые грунты по твердости приравниваются к скальным . Если есть возможность, то следует заранее подготовить в предзимнее время места, намечаемые к разрытию в зимний период.
Для этого грунты вспахивают или перелопачивают и утепляют. Однако в городах и населенных пунктах такая подготовка грунтов к разрытию крайне ограничена, поэтому мерзлые грунты приходится перед их разработкой предварительно разрыхлять или отогревать (оттаивать).
При промерзании грунтов на глубину 0,25-0,4 м их можно разрабатывать экскаватором без предварительного рыхления или отогрева . Если грунт промерз на большую глубину, его следует рыхлить одним из следующих способов:
механизированным - клином дизель-молота, навешиваемым на экскаватор, трактор или тракторный погрузчик, тракторами, оборудованными барами с резцами, землеройно-фрезерными машинами, а также отбойными молотками, работающими от компрессора, или электромолотками;
вручную - ломами, кувалдами с использованием клиньев;
взрывным , если есть возможность.
Механизированный способ рыхления грунтов - наиболее эффективный и экономичный . Однако возможность использования этого способа в городах и населенных пунктах ограничена, так как куски мерзлого грунта, асфальта и бетона разлетаются на значительные расстояния (до 50 м). Установив оградительные сетки, этот способ можно применять и в местах с относительно интенсивным движением транспорта и людей.
Способ, связанный с использованием машин ударного действия (дизель-молот), применяют, если допускается сотрясение грунта вблизи домов и над подземными сооружениями и коммуникациями.
Ручная разработка грунта безопасна, но малопроизводительна, поэтому ее используют лишь в исключительных случаях (при незначительных объемах рыхления грунтов).
Отогрев (оттаивание) грунта не относится к числу экономичных способов и применяется при незначительных объемах работ или при производстве работ в стесненных условиях, когда другие способы подготовки мерзлого грунта к разработке невозможны.
Оттаивание может быть поверхностное или глубинное .
При поверхностном оттаивании на открытой поверхности грунта сжигают под специальными приспособлениями (металлическими коробами) жидкое, твердое или газообразное топливо. В других случаях на отогреваемый грунт укладывают горячий песок температурой не менее 180°С, покрытый теплоизолирующим материалом. Тепло распространяется с поверхности земли на глубину оттаивания.
При глубинном оттаивании в толщу мерзлого грунта погружают нагреватели (электроды, прогреваемые электротоком, паровые, водяные или электрические иглы). В этом случае тепло распространяется в грунте одновременно по всей глубине оттаивания.
При большой глубине промерзания грунта оттаивание с применением коробов, прогреваемых дымовыми газами, производят в несколько приемов. Короба устанавливают в один или несколько рядов в зависимости от требуемой ширины отогрева, присыпают грунтом и сжигают под ними топливо. После оттаивания верхней зоны промерзания короба снимают и отогретый грунт выбирают. Затем вторично устанавливают короба для отогрева оставшегося промерзшего слоя.
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.
При замерзании фунта его механическая прочность значитель-но возрастает и как следствие — затраты времени на его разработ-ку резко возрастают. В то же время временные выемки в мерзлом фунте можно возводить без откосов, что снижает затраты на его разработку. Разработка мерзлого грунта одноковшовыми экскава-торами (прямая и обратная лопата) без предварительного рыхления допускается при толщине мерзлого слоя до 0,25 м ковшом ем-костью 0,5—0,65 м; 0,4 м — ковшом емкостью 1 — 1,25 м 3 .
Подлежащий разработке фунт при промерзании его на боль-шую глубину должен быть предварительно подготовлен одним из следующих способов: предохранение грунта от промерзания; от-таивание мерзлого грунта; рыхление мерзлого грунта.
Способ подготовки должен выбираться и обосновываться в проекте в зависимости от объемов и условий работ, сроков их вы-полнения и наличия оборудования. Предохранение фунта от про-мерзания следует осуществлять:
- предварительным рыхлением до промерзания грунта (вспахи-ванием, боронованием, перелопачиванием экскаватором);
- покрытием поверхности фунта теплоизоляционными материа-лами с удержанием снежного покрова.
Предохранять грунт от промерзания необходимо до наступле-ния устойчивых отрицательных температур. При планировании разработки грунта в первой трети зимнего периода следует преду-сматривать вспахивание фунта с последующим боронованием и удержание снежного покрова, а в остальное зимнее время — глу-бокое рыхление (перелопачивание) или утепление грунта тепло-изолирующими материалами.
Утепление грунта осуществляют соломой, опилками, сухим торфом или шлаком, а также синтетическими покрытиями на пло-щади в контуре траншей котлована или выемки с уширен и ем с каждой стороны на глубину промерзания. Толщина слоя утепли-теля определяется расчетом.
Способы оттаивания мерзлых грунтов основаны на том, что за счет теплоты, передаваемой в слой мерзлого грунта, лед в его по-рах растапливается и грунт делается талым.
Способы оттаивания мерзлого грунта классифицируют по на-правлению распространения теплоты и применяемому виду теп-лоносителя. По первому признаку выделяют три способа оттаи-вания фунта: сверху вниз (поверхностный); снизу вверх (глубин-ный); по радиальному направлению. По виду теплоносителя различают следующие основные способы оттаивания мерзлых фунтов: огневой, в тепляках горизонтальными и вертикальными электродами с подключением к источникам электроэнергии (элек- тропрофев); с помощью пара или водяных регистров, водяными циркуляционными иглами; солевыми растворами; предваритель-но нагретым песком или шлаком.
Подготовку к разработке мерзлых фунтов с помощью оттаива-ния следует применять в стесненных условиях, фуднедоступных местах и при незначительных объемах работ (до 50 м 3), а также при невозможности использования других, более экономичных способов. При глубине промерзания фунта более 0,4 м его оттаи-вание лучше производить радиальным (глубинным) методом, ус-танавливая нафеватели в толщине мерзлого фунта. Профев фун-та производят с помощью нагревательных приборов в виде игл, устанавливаемых в пробуренных в мерзлом слое скважинах. Иглы могут быть электрические, водяные циркуляционные и паровые. Электрические иглы делают из фуб длиной 1,5 м, внутри которых размещают электрические нафевательные элементы сопротивле-ния из нихромовой проволоки. Устанавливают иглы в пробурен-ные скважины.
Водяные иглы требуют устройства специальной котельной, а теплопроводы — постоянного надзора, так как в сильные моро-зы возможно их замерзание. Водяные и паровые иглы неэкономичны и используются очень редко. При меньшей глубине про-мерзания допускается применять способ поверхностного оттаива-ния.
Иглы для оттаивания грунта
а — водяная циркуляция; б — электрическая; 1 — фланец; 2 — внутренняя трубка;
3 — труба; 4 — наконечник; 5 — нихромовая спираль: 6 — асбестовый порошок
Работа землеройных машин с подготовленным к разработке грунтом должна производиться непрерывно и круглосуточно уз-ким фронтом во избежание промерзания грунта во время пере-рывов.
Для предотвращения промерзания грунта в отрытых траншеях и вторичного смерзания разрыхленного грунта необходимо: не раскрывать площади грунта, покрытые теплоизоляционными ма-териалами или снегом, до начала производства работ; защищать от промерзания грунт открытых частей котлованов, траншей, под-лежащих разработке при последующих проходках.
Обратную засыпку котлованов и траншей следует производить, выполняя следующие требования: количество мерзлых комьев в грунте, которым засыпаются пазухи между стенками котлованов или траншей, не должно превышать 15% общего объема засыпки. Траншеи, разработанные в зимнее время, следует засыпать немед-ленно после укладки и испытания труб, не допуская повреждения их изоляции.
Мерзлые грунты делятся на твердомерзлые (сильно увлажненные пески), имеющие наибольшую механическую прочность; пластичномерзлые (связные грунты), в которых часть воды находится в незамерзшем состоянии; сыпучемерзлые. На промерзание грунта влияют: уро-зз
вень грунтовых вод; наличие растительного слоя, листьев, снега; длительность пониженных температур. Свойства грунтов зависят от температуры и влажности. Это особенно проявляется при температуре от О до 10°С. Опасно явление вспучивания грунта, при котором вода заполняет все поры. Вспучиванию подвержены мокрые и влажные грунты, особенно глины.
Способы разработки мерзлых грунтов делятся натри группы: предотвращение замерзания, предусматривающее такие мероприятия, как вспахивание, утепление, засоление; оттаивание , включающее огневой способ, электроразогрев, паропрогрев, электрохимический способ; механическое разрушение специальными баровыми машинами, рыхлителями на базе тракторов или экскаваторами с активными зубьями, а также взрывом.
Предохранение грунта от промерзания должно быть проведено после окончания периода дождей, но до первого снега и наступления заморозков. Предотвращение замерзания достигается сохранением (консервацией) в грунтах внутреннего тепла, поступающего из недр.
Вспахивание поверхности (автогрейдером или рыхлителем) выполняют плугами или фрезами на глубину до 35 см в двух взаимно-пер-пендиклярных направлениях. Поверхностный слой на глубину до 7 см боронуют. Вспашка и боронование нарушают вертикальную сплошность грунтовых капилляров, затрудняя процесс тепло- и вла-гопереноса. Эти мероприятия сохраняют грунт в талом состоянии на
1- 2 мес. в начале зимы при средней температуре наружного воздуха до -3°С. Эффект усиливается при устройстве снегозадержания (установка штакетника из щитов или устройство бульдозером, автогрейдером снеговых валов).
Утепление поверхности грунта проводят теплоизоляционными материалами: шлаковатными матами, опилками, шлаком, сухим торфом, соломой, пенопластом, полимерной пеной. Применяется при небольших ровных площадках с эффектом, как и от вспахивания в первые месяцы зимы.
Засоление. Разрыхленный верхний слой грунта смешивают с минеральными солями соляной (азотной) кислоты или же поливают раствором этих солей. Цель засоления грунта состоит в последующей пропитке его за счет концентрированного солевого состава. Соли снижают критическую точку льдообразования. Пропитку производят за
2- 3 месяца до установления отрицательных температур. На пропитку слоя грунта 1 м и площади 1 м 2 расходуется до 9 кг соли. Можно вводить также противоморозные добавки - хлористый натрий или хлористый кальций.
Оттаивание. Оттаивание можно выполнять поверхностным методом сверху вниз, т.е. с применением огневого метода, тепляков, химических способов, горизонтальными электродами, уложенными в шахматном порядке и засыпанными теплоизолирующим токопроводящим материалом; в радиальном направлении и глубинное снизу вверх с помощью водяных, паровых и электрических игл и электродов.
Оттаивание сверху вниз и снизу вверх при электрохимическом способе заключается в следующем: на поверхности грунта нарезаются борозды во взаимно-перпендикулярных направлениях. В места пересечения борозд погружают стальные электроды, а сами борозды заполняют раствором соли. Оттаивание снизу вверх происходит за счет разогрева талого грунта; оттаивание сверху вниз осуществляется за счет выделения тепла при прохождении током слоя раствора соли.
Оттаивание в радиальном направлении происходит при паропро-греве. На поверхности мерзлой земли укладывают перфорированные трубы. Теплоноситель пропускают через специальные устройства, помещенные вертикально в толщу грунта (иглы, тэны).
Механическое разрушение мерзлых грунтов производят машинами со специальными рабочими органами или взрывным способом.
При взрывном способе шпуры или скважины располагают по горизонтальной площадке в шахматном порядке в вертикальном направлении. Глыбы грунта не должны превышать 0,4 емкости ковша. При разработке грунта забой делят по 2-3 захватки. На первой захватке бурят шпуры, заряжают, взрывают; на второй захватке работы не ведутся, а на третьей проводят разработку грунта. Рыхление наиболее эффективно при двух обнаженных поверхностях. Взорванный грунт должен быть быстро убран до замерзания. Шпуры можно просверлить заранее до наступления холодов.
Механическое рыхление производят машинами (кранами-экскаваторами, бульдозерами), на базе которых монтируют рабочие органы - рыхлители (рис. 1.17).
При небольшой глубине промерзания рыхление осуществляют клин-бабой или шар-бабой с высоты 2-4 м, подвешенными на стреле экскаватора. При глубине до 1,3 м рыхлят клин-молотом, внедряемым в грунт копровыми установками, оснащенными паровыми или дизельными молотами, электроразрядными молотами, подвешенными на тракторе С-80. При малой глубине промерзания часто рыхлят одноковшовыми экскаваторами с обратной лопатой с «активными зубьями» путем перелопачивания супесчаных и гравелистых грунтов или окучивания с применением драглайна.
Рис. 1.17. Технологические схемы рыхления и разработки мерзлого грунта комплектом машин (размеры в м): а- экскаватором-драглайном 1 и стальным клином 2; 3 - граница безопасной зоны работ; 4 - автосамосвал; б - экскаватором обратная лопата 5 и трехклинным рыхлителем 6; в - экскаватором обратная лопата 5 и баровой установкой 7; г - экскаватором обратная лопата 5 и дисковой фрезой 8; д- рыхление мерзлого грунта навесным рыхлителем;
- 9- начало рыхления; 10 - диагональные проходки;
- 11 - навесной тракторный рыхлитель;
- 12- продольные проходки
При разработке котлованов для рыхления грунта используют навесные (статические) рыхлители и землеройные фрезерные машины, а также баровые машины для нарезки грунта на блоки. Монолитность
мерзлых грунтов нарушают нарезкой на блоки с помощью машин, оборудованных дисковыми пилами или барами. Существует несколько способов нарезки и последующей разработки грунта: машина нарезает двумя дисками прорези в грунте, а затем грунт разрабатывается экскаватором; машина нарезает одним диском блоки со стороной, в 2-4 раза превышающей их толщину, с последующим волочением в отвал трактором; прорезают две параллельные щели глубиной 50 мм с последующим извлечением грунта трактором.
