ВОПРОСЫ: 1. Технология разработки мерзлых грунтов. 2. Способы предохранения грунтов от промерзания. 3. Способы рыхления и оттаивания мерзлых грунтов.
Теплопроводность мерзлого грунта больше, а теплоемкость меньше, чем талого. Из-за этого грунт быстро промерзает и медленного оттаивает. Электропроводность мерзлого грунта очень невелика. Т.к. лед по своим свойствам близок к диэлектрику. Водопроницаемость мерзлого грунта близка к нулю. Для мерзлых грунтов характерным является значительное увеличение трудоемкости их разработки, уменьшение производительности, быстрый износ деталей машин, особенно их рабочих органов. В то же время временные выемки в мерзлом грунте можно разрабатывать без откосов.
Методы разработки грунта в зимних условиях: 1) Предохранением грунта от промерзания и 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.
Способы предохранения грунтов от промерзания. вспахивание с боронованием, глубокое рыхление, перекрёстное рыхление, снегозадержание, утепление ледозащитной оболочкой и теплоизоляционными материалами, пропитка грунта растворами солей. Вспахивание с боронованием в первой трети зимы тракторными плугами на глубину 30-35 см с глубоким боронованием. Глубина промерзания уменьшается в три раза. Перекрёстное рыхление На глубину 30- 40 см, второй слой под углом 60….90 0, а каждая последующая проходка выполняется с нахлёсткой на 20 см. Такая обработка, включая снежный покров, отодвигает начало замерзания грунта на 2,5…3,5 мес.
Глубокое рыхление осуществляется одноковшовыми или многоковшовыми экскаваторами путем перелопачивания грунта отдельными проходками на глубину 1,3—1,5 м. Снегозадержание наиболее экономичный способ предохранения грунта от глубокого промерзания Коэффициент теплопроводности рыхлого снега в 7-10 раз меньше теплопроводности грунта надежно предохранять от промерзания слоем снега в 1-1,5 м Ледозащитная оболочка Площадка ограждается земляным валом высотой 50-60 см, по всей ее площади через 1,5-2 м в шахматном порядке забиваются колья высотой 0,4 м над уровнем земли. При наступлении устойчивых морозов участок заливается водой. После образования ледяной корки толщиной 10-15 см воду удаляют через специальные отверстия
Теплоизоляционные покрытия из дешевых местных материалов: древесных листьев, шлака, стружек, опилок слоем 20…40 см. Применяют для небольших по площади выемок. Более эффективным является в сочетании с воздушной прослойкой. раскладывают лежни толщиной 8... 10 см, на них горбыли, ветки, насыпают слой опилок 15...20 см Это защита в течение всей зимы. Пропитка грунта солевыми растворами На поверхности песчаного и супесчаного грунтов рассыпают заданное количество соли (хлористого кальция 0,5 кг/м 2, хлористого натрия 1 кг/м 2 ), после чего грунт вспахивают. Соль растворяется в грунтовой воде и равномерно пропитывает грунт. Способ является, как правило, недостаточно эффективными.
Способы рыхления и оттаивания мёрзлых грунтов механическим или взрывным методом. Механическое рыхление динамическим воздействием производят молотами свободного падения (шар - и клин - молотами), подвешенными на стрелы экскаваторов, либо молотами направленного действия, когда рыхление осуществляется сколом грунта - применяют дизель - молоты на экскаваторах или тракторах Рыхление молотом свободного падения Дизель - молоты
Действие взрыва принято характеризовать показателем действия взрыва n =г/ w Показатель n характеризует также и заряды. При: n = 1 заряд нормального выброса и воронка нормального выброса, n > 1 заряд и воронки усиленного выброса n < 1 — уменьшенного выброса. n 0,75 не происходит выброса, а только рыхление в объеме воронки и выпучивание на поверхности.
Масса заряда определяется по эмпирическим формулам, учитывают величину удельного расхода ВВ, объем взрываемого грунта или параметров воронки (горна). Расход ВВ проверяют пробным взрыванием. Методы ведения взрывных работ Метод шпуровых зарядов - удлиненные заряды располагают и взрывают в шпурах Заряд ВВ в шпуре должен занимать не больше 2/3 его длины, верхнюю треть шпура заполняют забивкой. Одиночные шпуровые заряды применяют для дробления отдельных камней или корчевания пней. Групповые заряды используют для дробления и рыхления скальных и мерзлых грунтов. Шпуровые заряды применяются для разрушения предназначенных к сносу зданий и сооружений - шпуры располагаются в шахматном порядке.
Молоты массой до 5 т сбрасывают с высоты 5..8 м: молот в форме шара рекомендуется при рыхлении песчаных и супесчаных грунтов, клин-молоты — для глинистых (при глубине промерзания 0,5..0,7 м). дизель - молоты позволяют разрушать промороженный грунт на глубину до 1,3 м. Вибромолот на экскаваторе При глубине мерзлого грунта: г – до 1,5м; д – более 1,5м
нарезка мерзлого грунта статическим воздействием Используется баровая установка для блочной разработки грунта путем статического воздействия рабочим органом зубом производят послойную проходку на глубину рыхления 0,3.. 0,4 м через 0,5 м, затем поперечными проходками под углом 90° Производительность рыхлителя 15 - 20 м3/ч. применяют также экскаваторы с рабочим органом — зубом-рыхлителем. Нарезка щелей баровой машиной Извлечение блоков краном
Извлечение блоков трактором бульдозер с рабочим органом — зубом-рыхлителем экскаваторы с рабочим органом — зубом-рыхлителем
Рыхление взрывом наиболее экономично при больших объемах работ используют не только для рыхления, но и для выброса земляных масс. Выполняют методом шпуровых и щелевых зарядов при глубине промерзания грунта до 2 м; методом скважинных и щелевых зарядов при глубине промерзания свыше 2 м. При взрывании не повреждаются стенки котлована Шпуры просверливают диаметром 22..50 мм, скважины - 900…1100 мм, расстояние между рядами от 1 до 1,5 м. Щели через 0,9.. 1,2 м одна от другой нарезают машинами фрезерного типа или баровыми машинами. Из трех соседних щелей заряжается одна средняя, крайние щели служат для компенсации сдвига мерзлого грунта во время взрыва Заряжают щели зарядами затем их забивают песком.
Щелевые заряды Схема выполнения взрывных работ
Способы оттаивания мерзлого грунта Оттаивание грунта сверху вниз способ — наименее эффективный Оттаивание грунта снизу вверх. Способ наиболее экономичный Оттаивание грунта по радиальному направлению - по экономическим показателям занимает промежуточное положение Оттаивание сжиганием топлива Если необходимо выкопать 1...2 ямы, можно обойтись простым костром - за смену грунт оттаивает на 30...40 см. Если утеплить место костра опилками, то оттаивает до 1 м. Применяют способ крайне редко
Огневой способ оттаивания для отрывки траншей используется звеньевая конструкция из ряда металлических коробов, из которых собирается галерея необходимой длины в первом из них устраивают камеру сгорания После смены агрегат убирают, полосу оттаявшего грунта засыпают опилками, дальнейшее оттаивание продолжается за счет аккумулированного в грунте тепла.
Способ электропрогрева Используют горизонтальные или вертикальные электроды горизонтальные электроды - укладывают электроды покрывают слоем опилок толщиной 15- 20 см, смачивают солевым раствором с концентрацией 0,2 - 0,5% применяют при глубине промерзания грунта до 0,7 м, температура не превышает 80 - 90°С. горизонтальные электроды
Оттаивание грунта вертикальными электродами Сверху вниз с заостренными концами, их забивают в грунт в шахматном порядке на 20 -25 см Делают опилочную засыпку, увлажненную солевым раствором а по мере оттаивания грунта погружают на большую глубину. вертикальными электродами сверху вниз вертикальными электродами сверху вниз и снизу вверх
Оттаивание грунта вертикальными электродами Снизу вверх необходимо бурить скважины, расположенные в шахматном порядке на 15 -20 см глубже толщины мерзлого грунта. Расход энергии существенно снижается, слой опилок не требуется Оттаивание токами высокой частоты промерзший грунт сохраняет проводимость к токам высокой частоты, отпадает надобность в большом заглублении электродов, в устройстве опилочной засыпки. Расстояние между электродами может быть увеличено до 1,2 м, т. е. в два раза. Ограниченное использования способа - недостаточный выпуск генераторов токов высокой частоты
Паровое оттаивание применяют паровые иглы - металлическая труба длиной до 2 м, диаметром 25.. 50 мм. На нижнюю часть трубы насажен наконечник с отверстиями 2.. 3 мм. Иглы соединяют с паропроводом. Иглы заглубляют в пробуриваемые скважины на глубину 70% глубины оттаивания. Иглы в шахматном порядке через 1.. 1,5 м. расхода теплоты в 2 раза больше, чем метод глубинных электродов. паровые иглы
Оттаивание грунта теплоэлектронагревателями применяются электроматы, изготавливаемые из специального теплопроводящего материала. Прямоугольные маты могут закрывать поверхность от 4...8 м.кв. Время, необходимое для оттаивания, составляет 15-20 ч. Оттаивание электронагревателями применяют электроиглы, стальные трубы длиной около 1 м, диаметром до 50…60 мм. Внутри иглы установлен нагревательный элемент, теплота распространяется в радиальном направлении электроиглы
РАЗРАБОТКА МЁРЗЛОГО ГРУНТА БЕЗ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО РЫХЛЕНИЯ Блочный метод – путем разрезки грунта на блоки, которые затем удаляют экскаватором или др. способом. При малой глубине промерзания (до 0,6 м) достаточно сделать продольные прорезы. Глубина прорезаемых щелей должна быть 80% от глубины промерзания Механический метод Используются обычные машины со специальными рабочими органами для экскаваторов — ковши с виброударными активными зубьями и ковши с захватно-клещевым устройством. Прямая и обратная лопата могут работать при глубине промерзания 0,25...0,3 м; с ковшом 0,65 м -0,4 м; экскаватор драглайн – до 0,15 м; бульдозеры и скреперы могут разрабатывать промерзший грунт на глубину до 15 см.
ковши с виброударными активными зубьями Работа экскаваторов с ковшами с активными зубьями и захватно - клещевым устройством
Механический метод Послойную разработку грунта можно осуществлять специализированной землеройно-фрезерной машиной, снимающей стружку глубиной до 0,3 м и шириной 2,6 м. Перемещение разработанного мерзлого грунта производят бульдозерным оборудованием, входящим в комплект машины. разработка грунта землеройно-фрезерной машиной
