Для рыхления мерзлого грунта механическим способом при разработке котлованов используют

Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Разработка мерзлых грунтов

Для обеспечения разработки мерзлых грунтов применяются следующие методы:

• предохранение от промерзания;

• непосредственная разработка мощными машинами;

• оттаивание мерзлых грунтов.

Предохранение от промерзания или уменьшение глубины промерзания производят с помощью увеличения пористости грунта путем: вспахивания грунта, утепления его теплоизоляционными материалами и внесением растворов с низкой температурой замерзания ( CaCl2, NaCl). Предохранение выполняют задолго до наступления холодов путем его вспахивания с боронованием, глубинного рыхления, укрытия утепляющими материалами и химической обработки.

Для вспахивания грунта применяют различные плуги с глубиной рыхления не менее 35 см и рыхлители с глубиной рыхления 50-70 см. Затем грунт боронуется на глубину 15-20 см. При глубоком рыхлении (на глубину 1,3 — 1,5 м) используют одноковшовые экскаваторы с ковшом вместимостью 0,4-0,65 м3, при этом грунт разрабатывается навымет и укладывается на место смежной (предыдущей) проходки.

В качестве утепляющих материалов используются местные материалы: сухие листья, торф, опилки, солома, камыш, шлак и др. Могут применяться и полимерные материалы: пленки, пенопласт и т.д. Иногда грунт перед вспахиванием подвергают химической обработке, т.е. прибегают к пропитке поверхностного слоя грунта хлористым кальцием и натрием, нитрит- нитратом натрия, которые понижают температуру замерзания воды в грунте (до -30°С).

Однако, когда грунт не удалось своевременно предохранить от замерзания, и по графику работ грунты необходимо разрабатывать в зимнее время, т.е. в мерзлом состоянии, то в этом случае приходится либо их оттаивать, либо разрабатывать в мерзлом виде с использованием рыхлителей.

Рыхление мерзлых грунтов применяют в случаях, когда их мощность превышает 40 см. Рыхление производят взрывами или механическим дроблением и резанием.

При малой глубине промерзания грунт рыхлят с помощью тракторных рыхлителей (до 0.7 м).. При большей глубине рыхление ведут сколом клиньями или дроблением ударами или дисковыми и баровыми щелерезными машинами, а также взрывным способом. (Рис.11.3, 11.3а).

Для рыхления мерзлого грунта механическим способом при разработке котлованов используют навесные (статические) рыхлители и землеройно-фрезерные машины, а также баровые машины (для нарезки мерзлого грунта на блоки), а при разработке траншей — дисковые экскаваторы, фрезерные и баровые машины; при вертикальной планировке площадки — навесные рыхлители. Эти машины работают обычно вместе с экскаваторами, которые разрабатывают как разрыхленный мерзлый, так и немерзлый (талый) грунт (Рис. 11.3.а).

Непосредственная разработка грунта без рыхления возможна при небольшой глубине промерзания до 0,25 м обычными мелкими экскаваторами, а при глубине до 0,4 м крупными строительными экскаваторами. Разработка грунта экскаваторами при отрицательных температурах затрудняется намерзанием грунта. Намерзание имеет место и в кузовах автосамосвалов. Это уменьшает полезную емкость ковша и кузова, увеличивает продолжительность погрузки и выгрузки. Ручная очистка очень трудоемка, поэтому применяют специальные меры:

• периодическая поливка ковшей и кузова растворами хлоридов;

• обмазка кузова смесью битума с отработанным маслом и покрытие сверху слоем раствора CaC2.

Для обогрева кузова применяются также выхлопные газы, которые пропускаются по каналам в днище кузова.

Основным условием успешной разработки грунта в зимних условиях и предотвращение его от замерзания является большая скорость и непрерывность разработки забоя. Слой снега следует убрать только перед непосредственной разработкой забоя.

Источник

Для рыхления мерзлого грунта механическим способом при разработке котлованов используют

Мерзлые грунты можно разрабатывать без предварительного рыхления экскаватором прямая лопата с ковшом емкостью 0,65 м 3 , если толщина корки мерзлого грунта не более 25 см; экскаваторами с ковшом емкостью 1 м 3 и более, если толщина корки мерзлого грунта до 40 см, рыхлителем Д-652АС с бульдозером, если толщина корки мерзлого грунта не более 30-40 см.

При большей глубине промерзания или при отсутствии названных машин необходимо применять различные способы рыхления и оттаивания мерзлых грунтов.

Механическое рыхление грунтов можно проводить разными способами — сколом с применением ударных нагрузок, послойно спомощью статических рыхлителей — рипперов.

В первом случае применяются машины двух типов: сненаправленными ударами и направленными ударами клина.

К первому типу относятся клин- и шар-бабы на экскаваторах, ко второму — навесное оборудование к тракторам и экскаваторам.

Экскаваторы с клин- и шар-бабами используются непроизводительно, быстро выходят из строя и должны по возможности заменяться другим оборудованием.

Рыхление сколом мерзлого грунта ведется при помощи дизель-молота с клином, навешиваемого на экскаватор Э-652, трактор Т-100, тракторный погрузчик Т-107, или специализированными машинами с направленными ударами клина: трехклиновым мерзлоторыхлителем ЦНИИОМТП, машиной ударного действия МНС-2 (РП-23с), трубчатым мерзлоторыхлителем МТУ-СПИ-2, которые созданы на базе тракторов типа Т-100 и способны рыхлить слой мерзлого грунта на глубину от 0,5 до 1,5 м.

Послойное рыхление мерзлых грунтов проводят с помощью навесных рыхлителей на базе мощных тракторов. По области применения эти машины делят на рыхлители общего и специального назначения. Первые обеспечивают глубину рыхления до 1 м, вторые — более 1 м. Эффективное рыхление мерзлых грунтов можно вести тяжелыми и сверхтяжелыми рыхлителями с мощностью двигателя 150-300 л.с. и более с тяговым усилием 21-30 тс и выше. Менее мощные рыхлители предназначены для рыхления тяжелых и плотных не мерзлых грунтов в целях облегчения их разработки обычными землеройными машинами. На таких рыхлителях устанавливают 3-5 зубьев, а у специальных рыхлителей — не более трех. Специальные рыхлители имеют устройства для работы совместно с толкачом.

Отечественной промышленностью в настоящее время выпускаются следующие навесные рыхлители для рыхления мерзлых грунтов: Д-576Б, Д-652АС, РМГ-2и, РМГ-3, БРМГ-1, способные рыхлить мерзлый грунт на глубину 0,5-0,7 м. Их производительность составляет 45-60 м 3 в смену. Применяется также рыхлитель фирмы «Катерпиллер» (США) на базе трактора Д-96. Эта машина используется в районах вечной мерзлоты. Средняя производительность ее в глинисто-илистых грунтах достигает 300 м 3 /ч, а в галечно-щебеночных — 200 м 3 /ч при глубине рыхления 0,5 м.

Источник

Разработка грунта в зимних условиях. Строительство ведется круглый год, в связи с чем примерно 20% общего объема земляных работ приходится выполнять при мерзлом состоянии грунта

Строительство ведется круглый год, в связи с чем примерно 20% общего объема земляных работ приходится выполнять при мерзлом состоянии грунта.

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

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

1) предохранением грунта от промерзания и последующей разработкой обычными методами;

2) разработкой грунта в мерзлом состоянии с предварительным рыхлением;

3) непосредственной разработкой мерзлого грунта;

4) оттаиванием грунта и его разработкой в талом состоянии.

1. Предохранение грунта от промерзания осуществляют рыхлением поверхностных слоев, укрытием поверхности различными утеплителями, пропиткой фунта солевыми растворами. Рыхление грунта вспахиванием и боронованием производят на участке, предназначенном для разработки в зимних условиях. В результате верхний слой грунта приобретает рыхлую структуру с замкнутыми пустотами, заполненными воздухом, которая обладает Достаточными термоизоляционными свойствами. Вспашку ведут тракторными плугами или рыхлителями на глубину 20. 35 см с последующим боронованием на глубину 15. 20 см в одном направлении (или в перекрестных направлениях), что повышает термоизоляционный эффект на 18. 30%.

Укрытие поверхности грунта выполняют термоизоляционными Материалами, желательно из дешевых местных материалов: древесных листьев, сухого мха, торфяной мелочи, соломенных матов, шлака, стружек и опилок, укладываемых слоем 20. 40 см непосредственно по грунту. Поверхностное утепление грунта применяют в основном для небольших по площади выемок.

2.Рыхление мерзлого грунта с последующей разработкой землеройными или землеройнотранспортными машинами осуществляет механическим или взрывным методом. Механическое рыхление базируется на резании, раскалывании или сколе слоя мерзлого грунта статическим или динамическим воздействием.

Статическое воздействие основано на воздействии непрерывного режущего усилия в мерзлом грунте специальным рабочим органом — зубом. Для этого применяют специальное оборудование, у которого непрерывное режущее усилие зуба создается за счет тягового усилия трактора-тягача (рис. 5.30, а). Машины этого типа производят послойную проходку мерзлого грунта, обеспечивая за каждую проходку глубину рыхления порядка 0,3. 0,4 м. Рыхлят грунт параллельными (примерно через 0,5 м) проходками с последующими поперечными проходками под углом 60. 90° к предыдущим. Производительность рыхлителя 15. 20 и3/ч. В качестве статических рыхлителей применяют гидравлические экскаваторы с рабочим органом —зубом-рыхлителем (рис. 5.30, б).

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

Динамическое воздействие основано на создании ударных нагрузок на открытой поверхности мерзлого грунта. Этим способом грунт разрушают молотами свободного падения (рыхление раскалыванием) либо молотами направленного действия (рыхление сколом). Молот свободного падения может иметь форму шара или клина (рис. 5.31, а) массой до 5 т, подвешиваемого на канате к стреле экскаватора и сбрасываемого с высоты 5. 8 м. Шары рекомендуют применять при рыхлении песчаных и супесчаных грунтов, а клинья — глинистых (при глубине промерзания 0,5. 0,7 м).

В качестве молота направленного действия широко применяют дизель-молоты, используемые в качестве навесного оборудования к экскаватору (рис. 5.31, б) или трактору. Дизель-молоты позволяют разрушать грунт на глубину до 1,3 м.

Рыхление взрывом эффективно при глубинах промерзания 0,4- 1,5 м и более и при значительных объемах разработки мерзлого грунта. Его применяют преимущественно на незастроенных участках, а на застроенных ограниченно — с использованием укрытий и локализаторов взрыва (тяжелых пригрузочных плит). При рыхлении на глубину до 1,5 м применяют шпуровой и щелевой методы, а при больших глубинах — скважинный или щелевой. Щели на расстоянии 0,9. 1,2 м (рис. 5.32, а) одна от другой. При взрывании мерзлый грунт полностью дробится, не повреждая стенок котлована или траншеи (рис. 5.41, б).

3. Непосредственная разработка мерзлого грунта(без предварительного рыхления) ведется двумя способами блочным и механическим.

Блочный метод основан на том, что монолитность мерзлого грунта нарушается с помощью разрезки его на блоки, которые затем удаляют экскаватором, строительным краном или трактором (рис. 5.33). Разрезку на блоки выполняют по взаимно перпендикулярным направлениям. При малой глубине промерзания (до 0,6 м) достаточно сделать только продольные прорезы. Глубина прорезаемых в мерзлом слое щелей должна составлять примерно 80% от глубины промерзания, так как ослабленный слой на границе мерзлой и талой зон не является препятствием для отрыва блоков от массива. Расстояние между нарезанными щелями зависит от размеров кромки ковша экскаватора (размеры блоков должны быть на 10. 15% меньше ширины зева ковша экскаватора). Для отгрузки блоков применяют экскаваторы с ковшами вместимостью 0,5 м3 и выше, оборудованные преимущественно обратной лопатой, так как выгрузка блоков из ковша прямой лопатой сильно затруднена.

Механический метод основан на силовом (иногда в сочетании с ударным или вибрационным) воздействии на массив мерзлого грунта. Реализуется применением как обычных землеройных и землеройно-транспортных машин, так и машин, оборудованных специальными рабочими органами.

Обычные машины применяют при небольшой глубине промерзания грунта: экскаваторы прямая и обратная лопаты с ковшом вместимостью до 0,65 м3 —0,25 м; то же, с ковшом вместимость до 1,6 м3—0,4 м; экскаваторы-драглайны —до 0,15 м; бульдозер и скреперы —0,05. 0,1 м.

Для расширения области применения в зимнее время одноковшовых экскаваторов начато применение специального оборудования: ковшей с виброударными активными зубьями (рис. 5.34, а) и ковшей с захватно-клещевым устройством (рис. 5.34, б). За счет избыточного режущего усилия такие одноковшовые экскаваторы могут послойно разрабатывать массив мерзлого грунта, объединяя процессы рыхления и экскавации в единый.

Послойную разработку грунта осуществляют специализированной землеройно-фрезерной машиной, снимающей «стружку» толщиной до 0,3 м и шириной 2,6 м (рис. 5.34, в). Перемещение разработанного мерзлого грунта производят бульдозерным оборудованием, входящим в комплект машины.

4. Оттаивание мерзлого грунта осуществляют тепловыми способами характеризующимися значительной трудоемкостью и энергоемкостью. Поэтому тепловые способы применяют только в тех случаях, когда другие эффективные методы недопустимы или неприемлемы, а именно: вблизи действующих подземных коммуникаций и кабелей; ПРИ необходимости оттаивания промерзшего снования; при аварийных и ремонтных работах; в стесненных условиях (особенно в условиях технического перевооружения и реконструкции предприятий).

Способы оттаивания мерзлого грунта классифицируют как по направлению распространения теплоты в грунте, так и по применяемому виду теплоносителя.

По направлению распространения теплоты в грунт можно выделить следующие три способа оттаивания грунта.

Способ оттаивания грунта сверху вниз неэффективен, так как источник теплоты размещается в зоне холодного воздуха, что вызывает большие потери теплоты. В то же время этот способ достаточно легко и просто осуществить, так как он требует минимальных подготовительных работ.

Способ оттаивания грунта снизу вверх требует минимального расхода энергии, так как оттаивание происходит под зашитой льдоземляной корки и теплопотери при этом практически исключаются. Главный недостаток этого способа — необходимость выполнения трудоемких подготовительных операции, что ограничивает область его применения.

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

По виду теплоносителя—

различают следующие основные способы оттаивания мерзлых грунтов.

Огневой способ применяют для отрывки зимой небольших траншей. Для этого экономично использовать звеньевой агрегат (рис. 5 35), состоящий из ряда металлических коробов в форме разрезанных по продольной оси усеченных конусов, из которых собирают сплошную галерею. Первый из коробов представляет собой камеру сгорания, в которой сжигают твердое или жидкое топливо. Вытяжная труба последнего короба обеспечивает тягу, благодаря которой продукты сгорания проходят вдоль галереи и прогревают расположенный под ней грунт. Для уменьшения теплопотерь галерею обсыпают слоем талого грунта или шлака. Полосу оттаявшего грунта засыпают опилками, а дальнейшее оттаивание вглубь продолжается за счет аккумулированной в грунте теплоты.

Способ электропрогреваоснован на пропуске тока через разогреваемый материал, в результате чего он приобретает положительную температуру. Основными техническими средствами являются горизонтальные или вертикальные электроды.

При оттаивании грунта горизонтальными электродами по поверхности грунта укладывают электроды из полосовой или круглой стали, концы которых отгибают на 15. 20 см для подключения к проводам (рис. 5.36, а). Поверхность отогреваемого участка покрывают слоем опилок толщиной 15. 20 см, которые смачивают солевым раствором с концентрацией 0,2. 0,5% с таким расчетом, чтобы масса раствора была не менее массы опилок. Вначале смоченные опилки являются токопроводящим элементом, так как замерзший грунт не является проводником. Под воздействием теплоты, генерируемой в слое опилок, оттаивает верхний слой грунта, который превращается в проводник тока от электрода к электроду. После этого под воздействием теплоты начинает оттаивать следующий слой грунта, а затем нижележащие слои. В дальнейшем опилочный слой защищает отогреваемый участок от потерь теплоты в атмосферу, для чего слой опилок покрывают толем или щитами. Этот способ применяют при глубине промерзания грунта до 0,7 м; расход электроэнергии на отогрев 1 м3 грунта колеблется от 150 до 300 МДж; температура в опилках не превышает 80. 90°С.

Оттаивание грунта вертикальными электродами осуществляют с применением стержней из арматурной стали с заостренными нижними концами. При глубине промерзания 0,7 м их забивают в грунт в шахматном порядке на глубину 20. 25 см, а по мере оттаивания верхних слоев грунта погружают на большую глубину (рис. 5.36, б). При оттаивании сверху вниз необходимо систематически убирать снег и устраивать опилочную засыпку, увлажненную солевым раствором. Режим прогрева при стержневых электродах такой же, как и при полосовых, причем во время отключения электроэнергии электроды следует последовательно заглублять по мере прогрева грунта до 1,3. 1,5 м. После отключения электроэнергии в течение 1. 2 дн глубина оттаивания продолжает увеличиваться за счет аккумулированной в грунте теплоты под защитой опилочного слоя. Расход энергии при этом способе несколько ниже, чем при способе горизонтальных электродов.

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

При заглублении стержневых электродов в подстилающий талый грунт и одновременном устройстве на дневной поверхности опилочной засыпки, пропитанной солевым раствором, оттаивание происходит как в направлении сверху вниз, так и снизу вверх. При этом трудоемкость подготовительных работ значительно выше, чем в первых двух вариантах. Применяют этот способ лишь в исключительных случаях, когда необходимо экстренно осуществить оттаивание грунта.

Паровое оттаивание основано на впуске пара в грунт, для чего применяют специальные технические средства—паровые иглы, представляющие собой металлическую трубу длиной до 2м, диаметром25. 50мм. На нижнюю часть трубы насажен наконечник с отверстиями диаметром 2- Змм Иглы соединяют с паропроводом гибкими резиновыми шлангами с кранами. Иглы заглубляют в скважины, предварительно пробуриваемые на глубину, равную 70% глубины оттаивания. Скважины закрывают защитными колпаками, снабженные сальниками для пропуска паровой иглы.

Пар подают под давлением 0,06. 0,07 МПа. После установки аккумулированных колпаков прогреваемую поверхность покрывают слоем термоизолирующего материала (например, опилок). Иглы располагают в шахматном порядке с расстоянием между центрами 1. 1,5 м. Расход пара на 1 м3 грунта составляет 50. 100 кг. Этот метод требует расхода теплоты примерно в 2 раза больше, чем метод глубинных электродов.

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

При оттаивании грунтов электронагревателями теплота распространяется в радиальном направлении.

Источник