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

Мерзлые грунты, за исключением скальных, сильно осложняют производство земляных работ и значительно увеличивают их стоимость, поэтому следует заранее наметить те участки земляных работ, разработка которых в зимний период вызовет наименьшее удорожание. Зимние условия не вызывают удорожания работ при разработке скальных грунтов, закрытых проходках, например щитовых, и пр. Сравнительно ненамного удорожается зимой .

Грунт, подлежащий разработке в зимних условиях, должен быть предварительно подготовлен. Подготовка заключается в предохранении его от промерзания, в рыхлении или в оттаивании уже замерзшего грунта.

Предохранение грунта от промерзания. Для уменьшения глубины промерзания до наступления морозов выполняют ряд подготовительных работ: отвод с участка поверхностных вод, глубокую вспашку поверхностного слоя (до 30-35 см) с обязательным боронованием, покрытие поверхности земли дешевыми местными теплоизоляционными материалами (опилками, мхом, торфом, листьями и пр.).

Наиболее эффективным является рыхление грунта тракторным многостоечным рыхлителем на глубину не менее 0,35 м, что с учетом снегового покрова обеспечивает в средней полосе на период зимнего времени талое состояние грунта под разрыхленным слоем.

Предохранение грунта от промерзания имеет большое значение в районах Сибири, где ведется большое строительство и где грунт промерзает на 3-4 м. Для уменьшения глубины промерзания участки покрывают полимерными пенами, получаемыми из карбамидной смолы на растворных узлах пеногеперации. Рыхление и утепление грунта должно производиться в пределах рабочих контуров выемок с уширением на двойную глубину промерзания.

Механическое рыхление мерзлого грунта. Применяемые способы рыхления замерзшего грунта зависят от глубины его промерзания. Слой мерзлого грунта толщиной до 0,25 м разрушается экскаватором с ковшом вместимостью 0,5 м 3 , а при слое до 0,4 м — экскаватором с ковшом вместимостью 1-1,25 м 3 . Поэтому для разработки котлованов и траншей в зимних условиях при указанной глубине промерзания и применении соответствующих экскаваторов предварительно рыхлить мерзлый грунт не требуется.

При глубине промерзания более 0,8 м целесообразно рыхлить грунт взрывным способом. Если невозможно применить взрывной способ, производят механическое рыхление грунта с помощью дизель-молотов с клиньями, трехклиновых тракторных рыхлителей и путем нарезки грунта на блоки с помощью режущих машин (врубовых или дисковых). Дизель-молотами могут быть оборудованы одноковшовые экскаваторы или тракторы; врубовыми и дисковыми машинами оборудуют тракторы или траншейные экскаваторы.

Рыхление мерзлого грунта пневматическими и электрическими отбойными молотками малопроизводительно, дорого и поэтому не может быть рекомендовано. Отбойные молотки применяют обычно при аварийных работах и малых объемах работ.

Оттаивание мерзлых грунтов. При небольших объемах земляных работ для облегчения разработки грунта применяют различные способы его оттаивания: огневой, паром, горячей водой или электрическим током. Способ оттаивания определяют исходя из технических возможностей, экономических соображений и местных условий.

Огневой способ оттаивания грунта открытыми кострами как малоэффективный и неэкономичный применять не рекомендуется. Для разработки траншей в городских условиях при наличии подземной газовой сети оттаивание грунта производят путем подвода газа к горелке, устанавливаемой в одном из концов металлического короба, который собран из полукруглых сегментов (полутруб), уложенных внахлестку по оси траншеи. На другом конце короба устанавливают дымовую трубу. Для уменьшения потерь тепла, уходящего в атмосферу, короб обсыпают грунтом слоем 10-15 см.

При отсутствии газовой сети можно использовать жидкое топливо (соляровое масло). Жидкое топливо направляют к форсунке, куда из баллона или небольшим компрессором подается сжатый воздух. Под действием струи сжатого воздуха жидкое топливо распыляется, образуя большой факел.

Если глубина промерзания грунта превышает 1 м, оттаивание его производят паром с помощью паровых игл. Паровые иглы устанавливают в заранее пробуренные скважины. Во избежание утечки пара через скважины их закрывают колпаками, в которых аккумулируется тепло. Паровые иглы применяют при разработке траншей и небольших котлованов.

Грунты обладают низкой теплопроводностью, они могут принять и передать в зону оттаивания лишь определенное количество тепла, поэтому подавать пар в иглы целесообразно с перерывами. Наиболее приемлемой для отогрева грунта считается температура 40-50°С. При этом условии более экономичным является способ оттаивания грунта горячей водой с помощью водяных циркуляционных игл, устанавливаемых на расстоянии 0,75-1,5 м друг от друга в заранее пробуренные скважины. Горячая вода из котла проходит сначала по внешней трубе водяной иглы, а затем по внутренней; пройдя последовательно батарею установленных игл, она поступает в центробежный насос и под давлением возвращается в котел.

При наличии на строительной площадке свободной электроэнергии оттаивание грунта можно производить переменным током 220 и 380 В. При глубине промерзания до 0,7 м применяют горизонтальные электроды, укладываемые на поверхность грунта с засыпкой их 15-20-см слоем опилок, смоченных раствором поваренной соли. Прогрев в этом случае будет идти по направлению сверху вниз.

При глубине промерзания грунта более 0,7 м для его оттаивания целесообразно применять вертикальные глубинные электроды, представляющие собой стержни из стали диаметром 12-19 мм с заостренным концом. Электроды забивают ниже глубины промерзания на 8-10 см. В этом случае ток идет через талый грунт. Выделяющимся теплом прогревается лежащий выше слой мерзлого грунта, и процесс оттаивания происходит по направлению снизу вверх. При этом способе не требуется очищать территорию отогрева от снега и покрывать ее опилками; не будет потерь тепла в воздух, а расход электроэнергии будет меньше, так как ток выключают до того, как весь грунт оттает.

При электропрогреве грунта нужно строго выполнять все требования по технике электробезопасности в условиях строительной площадки.

Известно, что при установлении отрицательных температур происходит замерзание грунта вследствие потери тепла и перехода содержащейся в его порах воды в лед, сопровождающееся изменением его физико-механических свойств (прочности, дефор-мативности, электро- и теплопроводности и др.).

Глубина промерзания (hnp) грунта в основном зависит от его теплофизических свойств, интенсивности и продолжительности воздействия отрицательных температур. По формуле профессора А. Н. Будникова
где λ - коэффициент теплопроводности грунта; Т - среднесуточная температура воздуха в зимний период; Z - количество суток с отрицательной температурой на момент определения hпр; Сп - коэффициент, учитывающий влияние снежного покрова на снижение глубины промерзания; при толщине снежного покрова 10, 20, 40 см значение С„ соответственно равно 0,5; 0,4; 0,3.

Для ориентировочного определения пир можно пользоваться графиком, приведенным на рис. 4.13, а. Для глинистых грунтов величины, указанные на графике, следует брать с поправочным коэффициентом 0,8, а для песчаных и супесей- 1,2.

Учитывая, что при замерзании механическая прочность грунта, а следовательно и трудоемкость разработки, резко возрастают, экономически целесообразно (если позволяют обстоятельства) проводить мероприятия по предварительной защите грунта от промерзания, обеспечивающие его разработку в талом виде. Таким образом, основными методами подготовки и разработки грунтов в зимний период являются предохранение их от промерзания, тепловое и химическое оттаивание, рыхление и механическая . Факторами, определяющими выбор методов и способов зимней разработки грунта, являются объемы работ, свойства грунта, вид земляного сооружения и конкретные условия строительства.

Предохранение грунта от промерзания выполняют задолго до наступления холодов путем его вспахивания с боронованием, глубокого 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 с ковшом вместимостью 0,4...0,65 м 3 , 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 т. д. Могут применяться и полимерные материалы: пленки, пенопласт и др.

Химическую обработку поверхностного слоя грунта проводят хлористым кальцием и натрием, нитрит-нитратом натрия, которые снижают температуру замерзания воды в грунте (до -30°С).

Тепловое и электрохимическое оттаивание мерзлых грунтов выполняют путем сжигания топлива, электро- и пароразогревом и химической обработкой. Тепловое оттаивание малоэффективно и неэкономично, поэтому применяется только в тех случаях, когда невозможны другие методы. Оно целесообразно при разработке мерзлого грунта в стесненных условиях и при малых объемах работ.

Поверхностное оттаивание грунта (на глубину 0,5...0,6 м) производят путем сжигания твердого (дрова, кокс, уголь) или жидкого (керосин, мазут, нефть) топлива в газоходах из стальных полутруб - кожухах диаметром до 1 м, уложенных над грунтом и присыпанных слоем шлака или грунта. Для этой цели могут быть использованы паровые и водяные регистры или полосовые электроды, укладываемые на поверхность грунта и укрываемые сверху термоизоляционным слоем. Отогревать грунт можно и с помощью тепляков, используя различные источники тепла.

Глубинное оттаивание (на глубину до 1,5 м) осуществляют с помощью паровых игл или электроигл (рис. 4.13, б), устанавливаемых в предварительно пробуренных скважинах, а также электродов (рис. 4.13, в), забиваемых в грунт. Размеры и расположение игл и электродов определяются строго по расчету. При электрохимическом способе оттаивания грунтов раствор электролита, например 4%-ный раствор хлористого кальция, подают через трубчатые электроды в грунт. Через 1,5...2 ч, когда зоны действия электролита смыкаются, на электроды подают ток напряжением 380 В.

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.

При замерзании резко утверждается твердость грунтов и разработка их значительно усложняется. Кроме того, мерзлое состояние грунту усложняет технологию, ограничивает применение некоторых типов землеройных и землеройно-транспортных машин. В тоже время временные выемки в мерзлом грунте можно разрабатывать без откосов.

Разработку грунта в зимних условиях осуществляют следующими методами:

1. Предохранение грунта от промерзания

1) самый простой способ – утепление поверхности различными местными материалами (торф, опилки, шлак, листья, стружка) – укладываются слоем 20-40см непосредственно на грунт (рис.1); применяют для небольших площадей; 2) рыхление грунта вспахиваниием и борованием (вспашку ведут тракторными плугами или рыхлителями на глубину 20-35 см с последующим боронованием на глубину 15-20 см в одном направлении); 3) снегозадержание (искусственно создаются снеговые мешки, ветер наносит снег); 4) засоление (на пов-ть грунта наносится 4-5 см технической соли); 5) покрытие полимерной пеной – пенолет (со временем пена уплотняется и ведет себя как снег; недостаток: пена замерзает при установившейся отриц. -7 о …-9 о); 6) намораживают слой льда.

2. Рыхление мерзлого грунта

1) механическое рыхление – резание, раскалывание или скол мерзлого грунта статическим (воздействие непрерывного режущего усилия в мерзлом грунте специальным рабочим органом –зубом; прим. спец. оборудование на тракторе-тяге – на трактор навешивается клин; рыхлит на глубину до 0.4 м; недостаток: нужен мощный трактор; можно использовать гидравлические экскаваторы с рабочим органом – зубом-рыхлителем) или динамическим (за счет создания ударных нагрузок на открытой пов-ти мерзлого грунта; исп-ся молоты свободного падения или молоты направленного действия; молот свободного падения имеет форму клина или шара; шар – при глубине промерзания до 0,5 м;

клин – глубина промерзания до 0,8 м; молот падает с высоты 5-8 м;

12. Особенности производства каменных работ в зимних условиях.

Отрицательные температуры оказывают влияние на физико-химические процессы в свежевыложенной кладке. С учетом устранения негативных факторов применяются следующие методы возведения кладки в зимних условиях:

1) способ замораживание . Кладка не набирает требуемой прочности, а замерзает и набирает прочность при оттаивании весной. Марка раствора в расчетах принимается равной 0. после оттаивания раствор не наберет марочной прочности. Для компенсации потери прочности марка раствора повышается на 1 ступень при температуре до -10 0 С и на 2 ступени при -20 0 С. В первую очередь оттаивание происходит с солнечной стороны. Неравномерная осадка, трещины. Для предотвращения – в углах и пересечениях стен устанавливают дополнительные металлические связи из полосовой или круглой стали из расчета не менее 1 см 2 в сечении. Осадка кладки на 1-2мм на 1м стены. Величину этой осадки необходимо учесть – в проемах устраиваем зазор более 5мм, иначе оконные и дверные коробки не войдут или погнуться. Кладку ведут на подогретых растворах – чтобы каменщик мог с ним работать. Т раствора зависит от t наружного воздуха /-10 = +15; -15 = +15; -20 = +20/.

2) с применением химических добавок . В раствор добавляют соли, снижающие температуру замерзания воды. Р-р набирает прочность даже при отрицательных температурах. Добавки: хлористый натрий и хлористый кальций (могут применяться совместно и по отдельности; исп-ся при темп-ре до -20 0 С; недостаток: вызывают коррозию арматуры, высолы); нитрит натрия (недорогой не дает высолов и коррозии, но эффективен до -15 0 С); поташ – углекислый калий (р-р набирает прочность ч/з 30 дн.; применяют при -20…-30 0 С; р-р быстро теряет подвижность)

3) с обогревом конструкции . Используется электропрогрев (в горизонтальные швы укладывают железные прутья ø 6мм через 15см друг от друга и через 2-3 ряда кладки по высоте так, чтобы концы были выпущены из кладки на 4-5см для присоединения к проводам). Паропрогрев (устройство вокруг специального ограждения из опалубочных щитов для пропуска пара. Кладка в тепляке – тепляк устраивают над участком кладки, и после окончания работ переносят на следующий участок.