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.

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: