Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
РАЗРАБОТКА ГРУНТА В ЗИМНИХ УСЛОВИЯХ⇐ ПредыдущаяСтр 16 из 16
1. Общие положения Значительная часть территории Советского Союза расположена в зонах с продолжительной и суровой зимой. Однако строительство здесь ведется круглый год, в связи с чем примерно 20 % общего объема земляных работ приходится выполнять при мерзлом грунте. При замерзании грунта его механическая прочность значительно возрастает и затраты машинного времени на его разработку увеличиваются в несколько раз, что приводит к удорожанию работ. В то же время временные выемки в мерзлом грунте можно разрабатывать без откосов; даже при наличии водонасыщенных слабых грунтов нет необходимости в шпунтовых ограждениях и водоотливе. Таким образом, общее удорожание земляных работ, выполняемых в мерзлых грунтах, может быть не таким уж значительным. При каком состоянии грунта — талом или мерзлом — следует разрабатывать данную выемку, решается в каждом отдельном случае с учетом всех конкретных местных условий: климатических, мерзлотно-грунтовых и гидрогеологических, вида земляных работ, увязки по срокам с другими строительными работами и др. Разрабатываемый мерзлый грунт состоит из отдельных комьев, образует много пустот и плохо поддается уплотнению. Поэтому применять его для устройства насыпей, как правило, не рекомендуется. Иногда грунт укладывают во временные отвалы, расположенные вблизи проектируемой насыпи. В этих отвалах грунт оттаивает, после чего его укладывают в насыпь, что также повышает трудоемкость и стоимость работы по возведению этого сооружения. В районах, где грунты находятся в талом состоянии большую часть года, наиболее целесообразно вести земляные работы при талом состоянии грунта (за исключением грунтов, сильно насыщенных водой, неустойчивых — плывунов и т. п.). В северо-восточной части нашей страны, где располо- жена зона вечномерзлых грунтов, находящихся в талом на поверхности состоянии лишь меньшую часть года, необходимо разрабатывать грунты в мерзлом состоянии. Земляные работы в зимнее время осуществляют следующими тремя основными методами. При первом методе проводят предварительную подготовку грунтов с последующей их разработкой обычными методами; при втором — мерзлые грунты нарезают предварительно на блоки; при третьем — мерзлые грунты разрабатывают без их предварительной подготовки. Эффективность каждого метода определяется объемом работ, метеорологическими, гидрогеологическими условиями, наличием необходимых машин и механизмов, энергоресурсов. Окончательно тот или иной способ разработки грунта в конкретных условиях может быть выбран только путем сравнения различных вариантов их разработки. 2. Разработка грунтов с их предварительной подготовкой Различают следующие способы предварительной подготовки грунтов для разработки в зимних условиях: предохранение грунта от промерзания, оттаивание мерзлого грунта, предварительное рыхление мерзлого грунта. Предохранение грунта от промерзания. Известно, что наличие на дневной поверхности термоизоляционного слоя уменьшает как период, так и глубину промерзания. После отвода поверхностных вод можно устроить термоизоляционный слой одним из следующих способов. Рыхление грунта. При вспахивании и бороновании грунта на участке, предназначенном для разработки в зимних условиях, его верхний слой приобретает рыхлую структуру с замкнутыми пустотами, заполненными воздухом, обладающую достаточными термоизоляционными свойствами. Вспашку ведут тракторными плугами или рыхлителями на глубину 20...35 см с последующим боронованием на глубину 15...20 см в одном или перекрестных направлениях, что повышает термоизоляционный эффект на 18...30 %. При 80...ПО градусо-днях (произведение средней суточной температуры на число суток) толщина мерзлого слоя составляет 5 см, а при 550...650 — 40 см. Снеговой покров на утепляемой площади можно искусственно увеличить, сгребая снег бульдозерами, автогрейдерами или путем снегозадержания с помощью щитов. Чаще всего механическое рыхление применяют для утепления больших участков. Защита поверхности грунта термоизоляционными материалами. Утепляющий слой может быть выполнен из дешевых местных материалов: древесных листьев, сухого мха, торфяной мелочи, соломенных матов, шлака, стружек и опилок, укладываемых слоем 20...40 см непосредственно по грунту. В условиях средней полосы европейской части СССР слой опилок толщиной 45 см может предохранить грунт от промерзания до середины февраля. В последнее время в качестве утеплителя применяют быстротвердеющую пену (пенопласт), обладающую высокой пористостью. Слой пены толщиной 30...50 см отдаляет начало замерзания грунта на 1, 5...2 мес. Пену приготовляют и наносят пеногенерирующими установками. Поверхностное утепление грунта применяют в основном для небольших по площади выемок. Оттаивание мерзлого грунта проводят способами, которые классифицируются как по направлению распространения тепла в грунте, так и по виду теплоносителя. По направлению распространения тепла в грунт можно выделить следующие три способа оттаивания грунта. Оттаивание грунта сверху вниз. Этот способ является наименее эффективным, так как источник тепла размещается в зоне холодного воздуха, что вызывает большие потери тепла. В то же время этот способ достаточно легко и просто осуществим, требует минимальных подготовительных работ, в связи с чем часто применяется на практике. Оттаивание грунта способом снизу вверх требует минимального количества энергии, так как оттаивание происходит под защитой ледоземляной корки и теплопотери при этом практически исключаются. Главный недостаток этого способа — необходимость выполнения трудоемких подготовительных операций, что ограничивает область его применения. При оттаивании грунта по радиальному направлению тепло распространяется в грунте радиально от вертикально установленных прогревающих элементов, погруженных в грунт. Этот способ по экономическим показателям занимает промежуточное положение между двумя
У.48. Оттаивание грунта огневым способом 1 — камера сгорания; 2 —вытяжная труба; 3 —обсыпка талым грунтом
У.49. Оттаивание грунта способом электропрогрева а — горизонтальными электродами; б, в — вертикальными электродами; / — трехфазная электрическая сеть; 2 — горизонтальные полосовые электроды} 3—слой опилок, смоченный солевым раствором; 4 — слой толя или рубероида; 5 — стержневой электрод
У.50. Оттаивание грунта паром а — общая схема; б — паровая игла; 1 — паропровод; 2 —паровой вентиль; 3 —колпак; 4 — пробуренная скважина; 5 —паровая игла; 6— наконечник
ранее описанными, а для осуществления требует также значительных подготовительных работ. По виду теплоносителя различают следующие основные способы оттаивания мерзлых грунтов. -Огневой способ (рис. У.48). В этом случае можно обойтись костром, разводимым на участке предполагаемой разработки грунта. Но сжигаемое в костре топливо расходуется весьма неэкономно — лишь ничтожная часть выделяемой тепловой энергии используется на оттаивание грунта. Этот способ может применяться в исключительных случаях для очень малых объемов работ. Для отрывки зимой небольших траншей более экономично применять звеньевой агрегат, состоящий из ряда металлических коробов в форме разрезанных по продольной оси усеченных конусов, из которых собирают сплошную галерею. Первый короб 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 аккумулированного в грунте тепла. Способ электропрогрева основан на пропуске тока через разогреваемый материал, в результате чего последний приобретает положительную температуру. Основные технические средства электропрогрева — горизонтальные и 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. У.49, а). Поверхность отогреваемого участка покрывают слоем опилок толщиной 15...20 см, который смачивают солевым раствором 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 проводит ток. Под воздействием тепла, генерируемого в слое опилок, оттаивает верхний слой грунта, который превращается в проводник тока от электрода к электроду. После этого под воздействием тепла начинает оттаивать верхний слой грунта, а затем — нижележащие слои. В дальнейшем опилочныи слой защищает отогреваемый участок от потерь тепла в атмосферу, для чего слой опилок покрывают толем или щитами. Этот способ применяется при глубине промерзания грунта до 0, 7 м; расход электроэнергии на отогрев 1 м3 грунта 150...300 МДж; температура в опилках не превышает 90 °С. Оттаивание грунта вертикальными электродами. Электроды представляют собой стержни из арматурной стали с заостренными нижними концами. При глубине промерзания более 0, 7 м их забивают в грунт в шахматном порядке на глубину 20...25 см, а по мере оттаивания верхних слоев грунта погружают на большую глубину. При оттаивании сверху вниз необходимо систематически убирать снег и устраивать опилочную засыпку, увлажненную солевым раствором. Режим прогрева при стержневых электродах такой же, как и при полосовых, причем во время отключения электроэнергии электроды следует дополнительно заглублять до 1, 3...1, 5 м. После отключения электроэнергии в течение 1...2 сут глубина оттаивания продолжает увеличиваться за счет аккумулированного в грунте тепла 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 глубине, превышающей на 15...20 см толщину мерзлого грунта (рис. У.49, б). Расход энергии при отогреве грунта снизу вверх существенно снижается, составляя 50... 150 МДж на 1 м3, а засыпать слой опилок не требуется. При заглублении стержневых электродов в подстилающий талый грунт и одновременном устройстве на дневной поверхности опилочнои засыпки, пропитанной солевым раствором, оттаивание происходит в направлении сверху вниз и снизу вверх (рис. У.49, в). При этом трудоемкость подготовительных работ значительно выше, чем в первых двух вариантах. Применяют этот способ лишь в исключительных случаях, когда необходимо срочно оттаять грунт. Паровое оттаивание (рис. У.50) основано на выпуске пара в грунт, для чего служат специальные технические средства — паровые иглы. Паровая игла — это металлическая труба длиной до 2 м диаметром 25...50 мм. На нижнюю часть трубы насажен наконечник с отверстиями диаметром 2...3 мм. Иглы соединяются с паропроводом гибкими резиновыми шлангами с кранами.
У.51. Оттаивание грунта электронагревателями а —общая схема; б —схема электроиглы; / — электрическая сеть; 2 — электроигла; 3 — нагревательный элемент (электроспираль); 4— стальная труба . У.52. Механическое рыхление мерзлых грунтов — клином-молотом; б— дизель-молотом; 1 — клин-молот; 2 — экскаватор; 3 — мерзлый слой грунта; 4 — направляющая штанга; 5 — дизель-молот Иглы заглубляются в скважины, предварительно пробуриваемые на глубину, равную 0, 7 глубины оттаивания. Скважины закрывают защитными колпаками, снабженными сальниками для пропуска паровой иглы. Пар подается под давлением 0, 06...0, 07 МПа. После установки аккумулирующих колпаков прогреваемую поверхность покрывают слоем термоизолирующего материала (например, опилок). В целях экономии пара режим прогрева иглами должен быть прерывистым (например, 1 ч — подача пара, 1 ч — перерыв) с поочередной подачей пара в параллельные группы игл. Иглы располагают в шахматном порядке с расстоянием между центрами 1...1.5 м. Расход пара на 1 м3 грунта составляет 50... 100 кг. При этом методе расходуется примерно в два раза больше тепла, чем при методе глубинных электродов. Оттаивание электронагревателями (рис. У.51) основано на передаче тепла мерзлому грунту контактным (кон-дуктивным) способом. При этом методе в качестве основных технических средств применяют так называемые электроиглы. Электроиглы представляют собой стальные трубы длиной около 1 м и диаметром 50...60 мм. Внутри иглы установлен нагревательный элемент, изолированный от корпуса трубы, который имеет контактные выводы для подключения к электрической цепи. Нагреваясь, элемент передает тепловую энергию стальному корпусу, а тот — мерзлому грунту. В настоящее время в практике строительства применяют много типов электроигл (жидкост-но-статические, коаксиальные, трубчатые электронагреватели и Др.)> сохраняющих указанный принцип действия и отличающихся только конструктивным исполнением. При оттаивании грунтов электронагревателями тепло распространяется в радиальном направлении, а мерзлые перемычки имеют вид конусов, постепенно уменьшающихся со временем размеров. Скорость оттаивания зависит от температуры поверхности нагрева электронагревателей. С повышением температуры скорость оттаивания увеличивается, но повышается удельный расход энергии на оттаивание единицы объема грунта. Наиболее экономичной считается температура нагрева в пределах 60...80°С. Расход электроэнергии составляет 30......35 кВт-ч/м3 мерзлого грунта. Предварительное рыхление мерзлого грунта осуществляют взрывным или механическим способами. Рыхление взрывами — один из основных способов подготовки мерзлых грунтов для разработки экскаваторами. Этот способ весьма эффективен при глубине промерзания более 1 м и больших объемах работ, выполняемых на вновь осваиваемых территориях или вдали от зданий и сооружений. Сущность взрывного способа рыхления мерзлого грунта состоит в его дроблении энергией взрыва зарядов и по технологии осуществления не отличается от изложенного выше. Механическое рыхление заключается в дроблении или сколе мерзлого слоя динамическим или статическим воздействием, которое осуществляют сменным рабочим оборудованием, устанавливаемым на базовой машине (экскаваторе, тракторе и др.). Динамическое воздействие наиболее эффективно при разработке твердомерзлых грунтов. Из методов динамического воздействия наиболее распространен ударный способ, при котором используют клин-молот (рыхление раскалыванием) или дизель-молот (рыхление сколом). Рыхление раскалыванием применяют при глубине промерзания 0, 5...0, 7 м. Для этого клин-молот подвешивают к стреле драглайна (рис. У.52, а). При работе с таким молотом стрелу устанавливают под углом не менее 60°, что обеспечивает достаточную высоту падения молота. При применении молотов свободного падения из-за динамической перегрузки быстро изнашиваются трос, тележка и отдельные узлы машины; кроме того, от ударного воздействия на грунт колебания его могут вредно воздействовать на расположенные вблизи сооружения. Рыхление сколом применяют при глубине промерзания до 1, 3 м. Дизель-молот является навесным оборудованием к экскаватору (рис. У.52, б), трактору-погрузчику и трактору. Рыхлить мерзлый грунт дизель-молотом можно по двум технологическим схемам. По первой схеме дизель-молот рыхлит мерзлый слой, двигаясь зигзагом по точкам, расположенным в шахматном порядке с шагом 0, 8 м. При этом сферы дробления от каждой рабочей стоянки сливаются между собой, образуя сплошной разрыхленный слой, подготовленный для последующей разработки. Вторая схема требует предварительной подготовки открытой стенки забоя, разрабатываемого экскаватором; после этого дизель-молот устанавливают на расстоянии примерно 1 м от бровки забоя и наносят им удары по одному месту до тех пор, пока не произойдет скол глыбы мерзлого грунта. Затем дизель-молот перемещается вдоль бровки, повторяя эту операцию. Ударные мерзлоторыхлители хорошо работают при низких температурах грунта, когда для него характерны не пластичные, а хрупкие деформации, способствующие его раскалыванию под действием удара. При небольших и рассредоточенных объемах работ в некоторых случаях целесообразно для рыхления мерзлого грунта применять средства малой механизации — бурильные (отбойные) молотки. Для этого в углу котлована вначале устанавливают небольшой приямок глубиной 15...25 см, а затем методом скола в сторону приямка его удаляют в пионерную траншею, идущую вдоль одной из стенок котлована. После этого остальную площадь разрабатывают методом скола в сторону этой траншеи. Разработка ведется послойно. Статическое воздействие основано на создании режущего усилия в мерзлом грунте. Для этого применяют специальное оборудование, у которого непре- рывное режущее усилие ножа создается за счет тягового усилия трактора-тягача. Машины этого типа производят послойную проходку мерзлого грунта, обеспечивая за каждую проходку рыхление глубиной 0, 3...0, 4 м. Поэтому мерзлый слой, предварительно разрыхленный такими машинами, разрабатывают бульдозерами. В противоположность ударным рыхлителям статические рыхлители хорошо работают при высоких температурах грунта, когда пластические деформации значительны, а механическая прочность грунта понижена. Рыхлители такого типа могут быть прицепными и навесными — на заднем мосту трактора. Очень часто их используют (агрегируют) совместно с бульдозером, который Может в этом случае попеременно рыхлить или разрабатывать грунт. Прицеп-ной рыхлитель при этом отцепляют, а навесной поднимают. В зависимости от мощности двигателя и механических свойств мерзлого грунта число зубьев рыхлителя колеблется от 1 до 5, причем чаще всего пользуются одним зубом. Для эффективной работы тракторного рыхлителя на мерзлом грунте необходимо, чтобы двигатель обладал достаточной мощностью—100... 180 кВт. Рыхлят грунт параллельными (примерно через 0, 5 м) проходками с последующими поперечными проходками под углом 60...90° к предыдущим. Мерзлый грунт, разрыхленный перекрестными проходками одностоечного рыхлителя, можно успешно разрабатывать тракторным скрепером. Этот способ весьма экономичен и с успехом конкурирует с буровзрывным способом. |
Последнее изменение этой страницы: 2019-03-30; Просмотров: 505; Нарушение авторского права страницы