Какова глубина рыхления мерзлых и скальных грунтов
Обновлено: 04.07.2024
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 разработка глубоких траншей и котлованов.
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 электропрогреве грунта нужно строго выполнять все требования по технике электробезопасности в условиях строительной площадки.
3.40. Земляные работы по разработке траншей на полках рекомендуется вести с опережением вывозки труб на трассу.
Траншеи на полках в мягких грунтах и сильно выветрелых скальных породах разрабатывают одноковшовыми и роторными экскаваторами без рыхления. На участках с плотными скальными грунтами перед разработкой траншеи грунт рыхлят буровзрывным способом.
Землеройные машины при разработке траншей перемещаются по тщательно спланированной полке; при этом одноковшовые экскаваторы перемещаются так же, как и при сооружении траншей в скальных грунтах на равнинной местности, по настилу из металлических или деревянных щитов.
3.41. Отвал грунта из траншеи помещается, как правило, у бровки откоса полувыемки с правой стороны полки по ходу разработки траншеи. Если отвал грунта располагается в зоне проезда, то для нормальной работы строительных машин и механизмов грунт планируют по полке и утрамбовывают бульдозерами.
3.42. На участках трассы с продольными уклонами до 15° разработка траншей, если нет поперечных косогоров, выполняется одноковшовыми экскаваторами без специальных предварительных мероприятий. При работе на продольных уклонах от 15 до 36° осуществляют предварительную анкеровку экскаватора. Число анкеров и метод их закрепления определяют расчетом, который должен быть в составе проекта производства работ.
При работе на продольных уклонах более 10° для определения устойчивости экскаватора его проверяют на самопроизвольный сдвиг (скольжение) и при необходимости производят анкеровку. В качестве анкеров на крутых склонах используют тракторы, бульдозеры, лебедки. Удерживающие приспособления располагают на вершине склона на горизонтальных площадках и соединяют с экскаватором тросом.
3.43. На продольных уклонах до 22° разработка грунта одноковшовым экскаватором допускается в направлении как снизу вверх, так и сверху вниз по склону.
На участках с уклоном более 22° для обеспечения устойчивости одноковшовых экскаваторов допускается: при прямой лопате вести работы только в направлении сверху вниз по склону ковшом вперед по ходу работ, а при обратной лопате - только сверху вниз по склону, ковшом назад по ходу работ.
Разработка траншей на продольных уклонах до 36° в грунтах, не требующих рыхления, производится одноковшовыми или роторными экскаваторами, в предварительно разрыхленных грунтах - одноковшовыми экскаваторами.
Работа роторных экскаваторов разрешается на продольных уклонах до 36° при движении их сверху вниз. При уклонах от 36 до 45° применяется их анкеровка.
Работа одноковшовых экскаваторов при продольном уклоне свыше 22° и роторных экскаваторов свыше 45° выполняется специальными приемами согласно проекта производства работ.
Устройство траншей на крутых склонах от 36° и выше может выполняться также лотковым способом с использованием скреперных установок либо бульдозеров.
Засыпка траншей в горных условиях
3.44. Засыпка трубопровода, уложенного в траншею на полках и на продольных склонах, производится аналогично засыпке в скальных грунтах на равнинной местности, т.е. с предварительным устройством постели и присыпкой трубопровода мягким грунтом или заменой этих операций футеровкой. Футеровка может выполняться из полимерных рулонных материалов, вспененных полимеров, обетонированием. Запрещается применять для футеровки гниющие материалы (маты из камыша, деревянные рейки, лесорубочные отходы и т.п.).
Если грунт отвала распланирован по полке, то окончательная засыпка трубопровода скальным грунтом производится бульдозером или роторным траншеезасыпателем, оставшийся грунт разравнивается по полосе строительства. В том случае, если грунт находится у бровки со стороны откоса полувыемки, то для этих целей используются одноковшовые экскаваторы, а также фронтальные ковшовые погрузчики.
3.45. Окончательная засыпка трубопровода на продольных склонах производится, как правило, бульдозером, который перемещается вдоль или под углом к траншее, а также может осуществляться сверху вниз по склону траншеезасыпателем с обязательным его якорением на уклонах свыше 15°. На склонах более 30° в местах, где применение механизмов невозможно, засыпка может производиться вручную.
3.46. Для засыпки трубопровода, уложенного в траншеи, разработанные лотковым способом на крутых склонах при расположении отвала грунта у подошвы склона, используют скребковые траншеезасыпатели или скреперные лебедки.
3.47. Для предотвращения смывания грунта при засыпке трубопровода на крутых продольных склонах (свыше 15°) рекомендуется устройство перемычек.
Особенности земляных работ в зимних условиях
3.48. Производство земляных работ в зимнее время связано с рядом сложностей. Основные из них - промерзание грунта на различную глубину и наличие снежного покрова.
При прогнозе промерзания грунта на глубину более 0,4 м целесообразно предохранять грунт от промерзания, в частности, рыхлением грунта одно- или многоточечными рыхлителями.
3.49. В отдельных местах небольшой площади предохранять грунт от промерзания можно путем его утепления древесными остатками, опилками, торфом, нанесением слоя пеностирола, а также нетканными рулонными синтетическими материалами.
3.50. Для сокращения продолжительности оттаивания мерзлого грунта и с целью максимального использования парка землеройных машин в теплое время рекомендуется в период установления положительных температур удалять снег с полосы будущей траншеи.
Разработка траншей в зимнее время
3.51. Во избежание заноса траншей снегом и смерзания отвала грунта при работе зимой темп разработки траншей должен соответствовать темпу изоляционно-укладочных работ. Технологический разрыв между землеройной и изоляционно-укладочной колоннами рекомендуется не более двухсуточной производительности землеройной колонны.
Способы разработки траншей в зимнее время назначают в зависимости от времени выполнения земляных работ, характеристики грунта и глубины его промерзания. Выбор технологической схемы земляных работ в зимнее время должен предусматривать сохранение снежного покрова на поверхности грунта до момента начала разработки траншей.
3.52. При глубине промерзания грунта до 0,4 м разработку траншей ведут как в обычных условиях: роторным или одноковшовым экскаватором, оборудованным ковшом обратная лопата с емкостью ковша 0,65 - 1,5 м 3 .
3.53. При глубине промерзания грунта более 0,3 - 0,4 м перед разработкой его одноковшовым экскаватором грунт рыхлят механическим или буровзрывным способом.
3.54. При использовании для рыхления мерзлых грунтов буровзрывного способа работы по разработке траншей ведут в определенной последовательности.
В соответствии с проектом вертикальной планировки и ППР после приемки генподрядчиком разбивочных работ приступают к производству земляных работ. В случае надобности предварительно разрыхляют плотные связные грунты и культурный слой, щебенистые, гравийно-галечные и аналогичные им горные породы, а также мерзлые грунты. В городских условиях культурный слой является очень плотным.
В зависимости от плотности, влажности и требуемой глубины рыхления грунтов в последнее время чаще всего используют навесные рыхлители к тракторам класса тяги 100 кН. Конструкции навесных рабочих органов могут быть различные. Для рыхления щебенистых и гравелистых грунтов (по трудности разработки III, IV группы) применяют мощные тракторы класса тяги не менее 150 кН, при этом глубина рыхления не превышает 0,3— 0,35 м. Число зубьев снижают до двух (рис. 12.1), а нередко до одного, чтобы не заглох двигатель. При трех зубьях ширина полосы рыхления составляет не более 1,5 м, при одном зубе ширина полосы рыхления 0,07— 0,1 м. Между зубьями расстояние принимают 0,7—0,85 м, реже 1 м. Скорость движения рыхлителя в рабочем состоянии большей частью не превышает 3,5—5 км/ч [1].
Рис. 12.1. Трактор класса тяги не менее 150 кН с двумя зубьями для рыхления плотных грунтов
Очень плотные щебенистые и скальные горные породы (V группа) разрыхляют навесным рыхлителем, смонтированным на базе более мощного трактора ДЭТ-250. Глубина рыхления достигает 0,5—0,7 м. Машины этого типа эффективны и при рыхлении мерзлых грунтов. При глубине промерзания до 25 см (по опыту пермской дорожной организации) грунт разрыхляют бульдозером (базовый трактор Т-100М), к которому позади отвала болтами крепится зуб длиной 600 мм. Производительность бульдозера при этом увеличивается на 15%. При большей толщине мерзлого слоя в Омске рыхление осуществляют роторными экскаваторами типа ЭР-А производительностью 330 м 3 /ч путем нарезания продольных траншей шириной 1,2 м и глубиной 1,5—2 м.
Вначале экскаватор нарезает первую траншею, затем на расстоянии 1,2 м от первой — вторую, засыпая вынутым грунтом первую траншею. Третью траншею нарезают на таком же расстоянии от второй и одновременно засыпают вторую траншею. Четвертую траншею нарезают на перемычке между первой и второй траншеями и т. д. В результате существенно повышается производительность работ и удешевляется их стоимость на 20 %.
При разработке горных пород V группы и мерзлой грунтовой толщи применение мощных рыхлителей позволяет снизить стоимость рыхления на 50 % по сравнению с буровзрывным способом и особенно с применением рыхлителей ударного действия.
Рациональное использование рыхлителя зависит не только от свойств грунтов, их состояния и мощности двигателя бульдозера, а также от расположения зубьев самого рыхлителя. Возможно не менее 7 вариантов их положения относительно трактора [1], что существенно отражается на его производительности (рис. 12.2). Примером одного из вариантов является рыхлитель, на стойке которого смонтировано два зуба —передний и задний (рис. 12.3). Передний рыхлящий зуб расположен выше заднего и вынесен вперед по направлению движения базового трактора типа Т-130, ДЭТ-250 и др. Важное значение имеет и расстояние между зубьями по горизонтали. Исходным условием для его выбора является свободный скол грунта задним зубом, чтобы тыльная поверхность переднего зуба не взаимодействовала с грунтом, разрушенным задним зубом.
Рис. 12.2. Схемы рабочих органов землеройных машин с реализацией принципа траекторного смещения рыхлящих и режущих элементов
Рис. 12.3. Схема двухзубового навесного рыхлителя 1 — отвал; 2 — базовый трактор; 3 — подвеска рыхлителя; 4 — стойка; 5 — гидроцилиндры управления; 6 — задний зуб; 7 — передний зуб
Применение бульдозеров и скреперов более эффективно, если грунты III, и даже IV, группы частично разрыхлены, т. е. сделаны прорези без поднятия пластов, что облегчает заполнение ковша.
Однако в северных районах с низкой температурой мерзлого грунта (ниже —5°С) иногда вынуждены применять рыхлители ударного действия ступенчатой формы (рис. 12.4). При погружении рыхлителя вначале соприкасается с разрыхляемой средой конусный наконечник с углом заострения а. В дальнейшем со средой взаимодействует ступенчатая часть рыхлителя. Наличие на нем уступа обеспечивает свободное дальнейшее погружение конусного клина, так как благодаря выточкам частично устраняется трение о боковые стенки разрыхляемого материала [1].
Рис. 12.4. Схема рабочих органов землеройных машин ударного действия ступенчатой формы для рыхления мерзлых грунтов и горных пород пониженной прочности :
а — с перемещением в направляющих; б—клин-баба; в — погружение в грунт ударной нагрузкой; г — рабочий орган — пневмомолот ПММ-100, ПРО-З0, ГРМ-30, ГРМ-120; д — рабочий орган отбойных молотков
Технологическая схема разрыхления мерзлого грунта и горной породы пониженной прочности представлена на рис. 12.5. Длина захватки при рыхлении определяется естественной влажностью и скоростью укладки грунтов в тело насыпи, а также погодными условиями. Если эта влажность выше оптимальной, то при солнечной погоде надо увеличить длину захватки. При влажности меньшей оптимальной стремятся как можно быстрее уложить грунт в насыпь. Таким образом, объем разрыхленного грунта не должен превышать сменной производительности звена бульдозеров во избежание пересыхания грунта в сухое время и переувлажнения — в дождливое. При дождливой погоде рыхление начинают всегда с низового участка, обеспечивая сброс поверхностной воды.
Рис. 12.5. Технологическая схема рыхления мерзлых грунтов и горных пород пониженной прочности 1 — экскаватор с обратной лопатой; 2 — разрыхленный мерзлый материал; 3 — вал разрыхленного материала; 4 — рабочий орган рыхлителя ударного действия; 5 — экскаватор или кран
При структурных грунтах с естественной влажностью, близкой к оптимальной, требуется всего один проход. При вязких или очень плотных связных, а также щебенистых грунтах требуется несколько проходов рыхлителя по одному следу.
В стесненных условиях реконструкции предприятий применяют следующие способы разработки крепких и мерзлых грунтов: экскаваторами с использованием прямых и обратных лопат, с ковшами активного действия; с предварительным рыхлением динамическими и статическими рыхлителями, в том числе специальным сменным рабочим оборудованием к экскаваторам; с предварительным рыхлением взрывным способом с укрытиями и локализаторами взрыва; с оттаиванием мерзлых грунтов. Для успешной разработки грунта в зимнее время применяется также предохранение грунтов от промерзания.
Ковши активного действия создал ЦНИИС Минтранс-строя СССР для экскаватора ЭО-4121. Они обеспечивают разработку мерзлых и скальных грунтов IV—VI групп, а также других материалов повышенной прочности (например, асфальтобетонных покрытий) без предварительного рыхления. Ковши содержат вмонтированные в днище три пневмомолота ПМ-100 конструкции Института горного дела СО АН СССР с частотой 570 уд/мин. В процессе работы зубья пневмомолотов можно устанавливать под любым углом к разрушаемой поверхности за счет поворота ковша.
Для разработки мерзлых грунтов в Главленинградстрое применено сменное упорно-захватное оборудование для экскаваторов ЭО-3322Б и ЭО-4121А. Оборудование представляет собой упорное устройство рукояти с системой рычагов и ковшов. При разработке мерзлого грунта оборудование упором рукояти опирается на поверхность грунта рядом с кромкой забоя. При повороте ковша происходит отрыв мерзлого грунта и наполнение ковша. Усилие на зубьях ковша при этом достигает 35 (ЭО-3322Б) и 60 кН (ЭО-4121А), глубина рыхления 1,1 (ЭО-3322Б) и 1,8 м (ЭО-4121А), производительность 35—40 м3/ч.
Для разработки мерзлых грунтов на глубину до 1,3 м применяются захватно-клещевые устройства на экскаваторе ЭО-4121А. Устройство состоит из рамы, один конец которой шарнирно крепится к рукояти стрелы экскаватора; другой конец содержит один или три зуба, один центральный и два подрезных, направленных навстречу к зубьям ковша. Рама с зубьями приводится в действие дополнительным гидроцилиндром. Усилие, возникающее на зубьях, достигает 38 кН. Производительность рыхления мерзлого грунта захватно-клещевыми устройствами на базе экскаватора ЭО-4121 А —до 40 м3/ч
Однозубый захватно-клещевой рабочий орган к экскаватору ЭО-5122 по кинематической схеме подобен однозубому рабочему органу к экскаватору ЭО-4121А (табл. 4.6).
Захватно-клещевым рабочим органом можно разбирать временные дороги из дорожных плит, взламывать монолитные дорожные покрытия, разбирать старые здания, а также производить погрузку и разгрузку длинномерных и крупногабаритных предметов (свай, бревен, труб, крупных кусков породы и др.). При выполнении указанных работ не требуется смена рабочего оборудования, а погрузочно-раз-грузочные работы можно производить без участия стропальщиков. Рыхлитель, переведенный в нерабочее положение, не мешает обычной работе экскаватора. Усилия на зубьях рыхлителя направлены навстречу усилиям на зубьях ковша (кроме случаев работы однозубым рыхлителем), что позволяет практически разгрузить базовую машину от значительных усилий, возникающих на зубьях рыхлителя. Совмещение ряда технологических операций (рыхление и заполнение ковша, отрыв и погрузка блоков разборной скалы, плит и др.) позволяет заменить две машины одной со значительным экономических эффектом. Статическое рыхление мерзлых грунтов можно выполнять также зубом-рыхлителем, являющимся сменным рабочим оборудованием гидравлического экскаватора.
При допустимости динамических воздействий на грунт для рыхления мерзлых и скальных грунтов в стесненных условиях эффективно применять навесные пневмо- и гидромолоты (табл. 4.7) в качестве сменного рабочего оборудования на гидравлические экскаваторы. Технологическая производительность рыхления мерзлого грунта пневмомолотами ПН-1300 и ПН-1700 составляет 16. 22 м3/ч, гидромолотами СП-70 и СП-71 — 23. 30 м3/ч, СП-62 —до 70 м3/ч, а МУР-1250Г — до 150 м3/ч.
Рыхление и выемка мерзлых грунтов с применением пневмомолотов выполняется, как правило, слоями глубиной до 0,7 м. Рыхление грунта гидромолотом выполняется за один проход без промежуточной уборки грунта при глубине промерзания до 0,9м (СП-71) и 1,3м (СП-62). При большой глубине промерзания рыхление производится слоями соответственно 0,5 и 0,9 м с промежуточной уборкой разрыхленного грунта экскаватором или бульдозером. Наибольшая производительность рыхления достигается при применении максимальной сетки точек внедрения рабочего органа молота в грунт, допускающей отделение куска грунта от массива за одно внедрение (ориентировочно 0,6x0,5 м для гидромолота СП-71 и 1,2x0,7м для СП-62) при обеспечении наибольшей ширины полосы рыхления (в пределах до 5 м для молотов СП-70 и МУР-1250Г, 6 м для СП-71 и 8 м для СП-62).
Взрывной способ рыхления мерзлых и скальных грунтов в стесненных условиях применяют с использованием различных устройств и укрытий, предотвращающих разлет кусков взрываемого грунта. В качестве таких устройств наиболее эффективны передвижные локализаторы взрыва (санного типа и на колесах), перемещаемые трактором Т-100МилиТ-150К.
Трестом Строймеханизация Главновосибирскстроя для рыхления мерзлых грунтов в стесненных условиях методом взрыва используют комплект машин, состоящий из бульдозера, баровой машины БС-100, бурильной установки М-1 на гусеничном тракторе Т-100М, передвижного локализатора взрыва. Строительную площадку перед началом работ очищают от снега бульдозером. Баровой машиной прорезают локализирующую щель по периметру площадки, на которой выполняют буровзрывные работы. Щель прорезают на глубину не менее глубины заложения рядом расположенных фундаментов и подземных сооружений. Она служит для снижения уровня сейсмического воздействия. Бурильной установкой бурят скважины диаметром 80—100 мм. Заряды в скважинах взрывают высоковольтными электродетонаторами с помощью высоковольтного взрывного прибора ВВМ-4, Производительность подготовки мерзлого грунта при данном способе 250—300 м3 в смену, стоимость работ 0,49 руб/м3. Обеспечивается удовлетворительное дробление грунта (размер кусков до 400 мм в объеме 90—95 %), соблюдаются требования безопасности ведения взрывных работ (разлет кусков не более 1—2 м).
При небольших объемах разработки мерзлых грунтов применяют также оттаивание грунта паровыми, водяными и электрическими иглами, а также сжиганием жидкого и твердого топлива под специальными коробами. Однако почти все способы оттаивания более трудоемкие и дорогие по сравнению со способами механического и взрывного рыхления мерзлого грунта.
Читайте также: