Производство земляных работ в зимнее время

Производство  земляных работ в зимнее время

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.

Производство земляных работ  в зимнее время имеет особенности, связанные с изменением физико-механических свойств грунта под действием низких температур, и требует систематического контроля за качеством их выполнения. При отрицательной температуре увлажненные грунты смерзаются и образуют монолитную массу, трудно поддающуюся разрушению.

Разработка мерзлых грунтов  является наиболее трудоемким процессом  зимних строительных работ. Она требует  осуществления подготовительных мероприятий  и применения наиболее совершенных  механизмов и приспособлений, а также  способов работ, обеспечивающих техническую  и экономическую целесообразность производства земляных работ в зимних условиях.

Грунт становится устойчиво  мерзлым через 5—20 дн. по наступлению зимнего периода и сохраняет это состояние в течение 30—15 дн. после его окончания. Эти ориентировочные сроки относятся соответственно к северным и южным районам Советского Союза.

В холодное время грунты, особенно глинистые, промерзают вследствие замерзания воды, заключающейся в их порах. Мерзлый грунт обладает значительной вязкостью, благодоря чему осложняется его разработка ударными инструментами. Вязкость мерзлого грунта увеличивается при повышении процента содержания в нем незамерзшей воды..Поверхность грунта, подлежащего разработке в зимних условиях, до наступления холодов защищают от промерзания. Используют следующие способы: вспахивание и боронование, глубокое рыхление, обвалование, удержание снежного покрова, устройство утепляющего слоя из дешевых местных материалов (опилок, торфа, шлака) и т.п. Если эти меры не были приняты своевременно или оказались недостаточными, то употребляют механическое рыхление или отогревание мерзлого грунта.

По своему состоянию мерзлые грунты подразделяются следующим образом: твердомерзлые, прочно сцементированные льдом, характеризующиеся относительно хрупким разрушением; пластично-мерзлые, сцементированные льдом связные грунты, обладающие вязкопластичными свойствами вследствие наличия в них незамерзшей воды; сыпучемерзлые, не сцементированные льдом несвязные грунты. К последним относятся песчаные и гравелисто-галечниковые грунты, разработка которых почти не отличается от разработки талых.

Глубина промерзания грунта зависит от его теплотехнических свойств, интенсивности и продолжительности  воздействия отрицательных температур. Для глинистых грунтов следует  вводить коэффициент 0,8, а для песков и супесей — коэффициент 1,2. Механическая прочность грунтов при замерзании значительно возрастает. Сопротивление мерзлого грунта на сжатие в 3... 4 раза больше, чем на растяжение, поэтому твердомерзлые грунты целесообразно разрабатывать не путем раздавливания, а способом скалывания.

При повышении температуры  мерзлые связные грунты теряют хрупкость  и приобретают пластично-мерзлые  свойства при резком падении механической прочности. Разрыхленный грунт при  понижении температуры может  снова замерзнуть, при этом время  начала замерзания грунта (в зависимости  от температуры наружного воздуха) составляет: при —5°С —90 мин, при —10, —20, —30°С — соответственно 60, 40 и 20 мин.

Предохранение грунта от промерзания производят поздней осенью после окончания дождливого периода, но до выпадения первого снега и наступления устойчивой отрицательной температуры. Его осуществляют путем создания утепляющего слоя из предварительно разрыхленного грунта или из дешевых теплоизоляционных материалов. Предварительное рыхление грунта производят плугами и рыхлителями на глубину не менее 35 см с последующим боронованием. Небольшие площади (дно котлована, траншеи и т. п.) предохраняют от промерзания путем укрытия грунта слоем утеплителя (опилками, шлаком, листьями и прочими дешевыми теплоизоляционными материалами). Защиту грунта от промерзания на больших площадях разработки осуществляют задержанием снега.

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.

Для рыхления мерзлого грунта используют тяжелые рыхлители, ударные приспособления, которыми оборудуют экскаваторы, а  также специальные машины и механизмы. При глубоком промерзании грунта его рыхление производят взрывным способом. Особенно эффективным считается способ массового взрыва на выброс. Рыхление мерзлых грунтов взрывами целесообразно использовать при больших объемах работ на площадках, расположенных вдали от жилых домов и промышленных зданий, и при глубине промерзания более 0,6 м.

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

 Разработка мерзлого грунта экскаваторами возможна при небольшой глубине промерзания. Так, экскаваторы, оборудованные прямой лопатой с ковшом вместимостью 0,65 м3, могут разрабатывать мерзлую корку толщиной до 25 см, с ковшом 0,35 м3 — до 15 см. Проходку траншей при глубине промерзания 0,7 ...0,8 м можно вести роторным экскаватором или траншейным цепным экскаватором со специальным сменным оборудованием. Для борьбы с наледью ковши оборудуются электронагревательными приборами или вибраторами.

Применение строительной техники, не рассчитанной на работу в  северных условиях строительства, приводит к быстрому износу, частым поломкам и чрезмерным затратам на ее ремонт. При низких отрицательных температурах наблюдается быстрый выход из строя гидравлических систем и резиновых  покрышек машин, повышенная хрупкость  деталей. Нецелесообразно также  использование экскаваторов как  базовой машины в качестве рыхлителя  ударного действия ввиду сокращения срока их службы. Один рыхлитель  Д-652АС используется эффективнее и  производительнее 20 механических молотов, навешенных на экскаваторы Э-652.

Из-за высокой абразивности мерзлых грунтов резко увеличивается износ металла режущих органов землеройных машин, в 4... 6 раз возрастает удельная энергоемкость разработки мерзлых грунтов, поэтому в некоторых случаях (особенно в крайне стесненных площадках) при производстве ремонтно-строительных работ при условии соблюдения техники безопасности для рыхления мерзлых грунтов используется взрывной способ. Перспективным направлением разработки мерзлых грунтов является использование рыхлителей статического действия и диско-фрезерных машин. Для рыхления мерзлых грунтов перед экскавацией используют баровые землеройные машины и переоборудованные для этой цели траншейные экскаваторы. Применение механизированных методов разработки мерзлых грунтов позволяет уменьшить долю объемов работ, выполняемых с помощью ударных органов, навешиваемых на экскаваторы (шар-молот, клин-баба, «торпеда»), и использовать экскаваторы по прямому назначению — для разработки грунтов.

При ограниченных объемах  земляных работ в стесненных условиях мерзлый грунт разрушают механизированным инструментом (отбойные молотки, термобуры, высокочастотные электромеханические устройства, взрывной инструмент и др.) или применяют высокомобильные малогабаритные рабочие органы на пневмоколесных тракторах (винтовой мерзлоразрыхлитель, подпружиненный клин-молот, машины ударного действия, торцовые фрезы с вибратором крутильных колебаний и др.).

 
Рис. 36. Рыхление мерзлого грунта с  помощью дизель-молота с клином

При механических способах разработки мерзлого грунта длину захватки определяют с учетом часовой производительности рыхлителей, температуры воздуха  и скорости ветра. Зимой для перевозки  грунта применяют автомобили-самосвалы  с металлическими кузовами. Чем ниже температура воздуха, тем тяжелее  разгружать их кузова вследствие смерзания  грунтов с металлом. В районах  со среднемесячной температурой января не ниже —10 °С при перевозке грунтов, содержащих глинистых частиц до 10 %, следует обогревать кузова отработанными газами. Под более низкой температуре воздуха и особенно при сыпучих материалах с влажностью выше оптимального значения, находящихся в контакте с металлической поверхностью до 5 ч, внутреннюю поверхность кузова надо смазывать растворами хлористых солей, обсыпать шлаком, формовочными песками или другими сыпучими материалами при каждом рейсе. 
Если температура приближается к —50 °С, то кузов нуждается в смазывании маслянистыми профилактическими жидкостями (отработанными автолом, нигролом и другими противоморозными реагентами) через 3—7 рейсов. При температуре до - 20 °С можно применять азотнокислый натрий, натриевую или кальциевую селитру, мочевину и многие другие реагенты с концентрацией от 30 до 50 %. При засыпке траншей или возведении верхней части насыпей зимой применяют, как уже говорилось, преимущественно песчаные грунты, легче разрабатываемые зимой, чем связные, вследствие меньшей их влажности. Пески при отрицательной температуре, но не ниже —0,5°С уплотняются хорошо. Таким образом, упрощается технология работ при использовании песчаных грунтов.

Представляет интерес  использование для разрушения рыхлых мерзлых грунтов ручного высокочастотного электротермомеханического устройства, который основан на совместном использовании  высокочастотной и механической энергии. Ручной высокочастотный нож  оснащен высокочастотным генератором  и рабочим органом — парой  плоских электродов, сходящихся под  острым углом. Электроды выполняют  двойную функцию: излучателя электромагнитной энергии и механического клина. Масса инструмента 5 кг, скорость проходки щелей до 40 см/с.

В последние годы для разрушения мерзлых и скальных грунтов находят  полезное применение гидромолоты, навешиваемые в качестве сменного рабочего оборудования на гидравлические экскаваторы. Если глубина промерзания грунта не более 1,3 м, то рыхление выполняется за один проход, при большей глубине — слоями по 0,9... 1,0 м с уборкой разрыхленного слоя. Для послойного рыхления мерзлых и плотных грунтов и скальных трещиноватых пород применяют навесные рыхлители статического и динамического действия, землеройно-фрезерные машины, вибровальцовые рыхлители. Наибольшей производительностью обладают серийно выпускаемые навесные рыхлители, особенно при работах линейного характера, при глубине промерзания 0,6... 1 м. Имеются также экспериментальные образцы рыхлителей с рабочим органом — стальным валом со сменными клиновидными наконечниками или навесным оборудованием в виде комплекта пневмомолотков.

Оттаивание мерзлых грунтов  проводят при невозможности взрывного  или механического способа рыхления и при малых объемах работ. Оттаивание грунта осуществляют, прогревая его паром, горячей водой, с помощью электрического тока или огня. В зависимости от способа подвода тепла от нагревателей к грунту различают 3 вида оттаивания: поверхностное, радиальное, глубинное. 
Возможны следующие способы теплового оттаивания грунта: 
огневой, открытым огнем, при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива; 
радиационный, с использованием полимерной пленки. Применяют в весеннее время; 
электрический — высокочастотный или низкочастотный. Низкочастотный в свою очередь бывает высоковольтным и низковольтным; 
пароводяной; 
гидравлический. 
Подготовку к разработке мерзлых грунтов с помощью оттаивания следует применять в стесненных условиях, труднодоступных местах и при незначительных объемах работ (до 50 м³), а также при невозможности использования других, более экономичных способов. При глубине промерзания грунта более 0,4 м его оттаивание лучше производить радиальным (глубинным) методом, устанавливая нагреватели в толщине мерзлого грунта.

Огневой способ малоэффективен и применяется только при наличии  отходов топлива и небольших  объемах работ. Расход топлива составляет по 3 кг условного топлива на 1 м2 поверхности при глубине протаивания 0,6 м. 
Для электрооттаивання применяют поверхностные, вертикальные и глубинные электроды. Последние наиболее эффективны. Электроды изготовляют из стального проката диаметром 10...25 мм, длиной 1 м и более. Шаг электродов при оттаивании грунта —0,4...0,6 м. Для глубинного электропрогрева используют трубчатые электроды с перфорацией, через которые в грунт заливают электролит (4%-ный раствор хлорида натрия и хлорида кальция). 
Расход электроэнергии при поверхностном оттаивании составляет 90...120, радиальном — 70...90, глубинном гб^ОкВт.ч/м3 в зависимости от характеристики грунтов. 
Для районов со средней месячной температурой наружного воздуха —15 °С и глубиной промерзания до 1,5 м продолжительность глубинного оттаивания составляет 10... 12 ч.

Прогрев грунта производят с помощью нагревательных приборов в виде игл, устанавливаемых в  пробуренных в мерзлом слое скважинах. Иглы могут быть электрические, водяные  циркуляционные и паровые. Электрические  иглы делают из труб длиной 1,5 м, внутри которых размешают электрические  нагревательные элементы сопротивления  из нихромовой проволоки. Устанавливают иглы в пробуренные скважины.

Водяные иглы требуют устройства специальной котельной, а теплопроводы — постоянного надзора, так как  в сильные морозы возможно их замерзание. Водяные и паровые иглы неэкономичны и используются очень редко. При меньшей глубине промерзания допускается применять способ поверхностного оттаивания.

 
Оттаивание грунта паром, горячей водой и электрическим  током

Однако при всех способах прогрева не следует стремиться к оттаиванию всего объема замерзшего грунта. Например, нижняя часть слоя мерзлого грунта толщиной 15-20 см может быть оставлена в мерзлом состоянии и разрыхлена при выемке грунта экскаваторами. Это ускоряет производство земляных работ и снижает расход тепла. 
Оттаивание и рыхление грунта производят последовательно, по участкам, размеры которых назначают исходя из суточной производительности землеройных машин. При этом необходимо так организовать производство земляных работ, чтобы разработка подготовленного грунта производилась круглосуточно во избежание промерзания грунта во время перерывов (передача смен, ремонт механизмов и другие операции). 
 В процессе обратной засыпки котлованов необходимо следить за тем, чтобы объем мерзлых комьев в грунте, которым засыпаются пазухи между стенками котлована и возведенным в нем фундаментом, не превышал 15% общего объема засыпки. Нельзя применять мерзлый грунт при засыпке пазух внутри здания. 
 
     Для обеспечения указанных требований грунт, подлежащий использованию для обратной засыпки котлована, укладывают в отвалы, при этом должны быть предусмотрены необходимые мероприятия, исключающие его промерзание. 
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.  

Устройство в зимнее время  насыпей из скальных, гравелистых  и песчаных маловлажных грунтов, сохраняющих свою сыпучесть при  промерзании, осуществляют такими же способами, как и в летнее время, но не допуская образования в насыпи прослоек неубранного снега, наледи и скоплений мерзлых комьев. Число проходок средств укатывания грунта, как правило, уточняют опытным путем.

При выборе длины захватки помимо температуры воздуха, свойств грунта и содержания мерзлых комьев, а также наличия землеройной техники необходимо учитывать и скорость ветра: чем выше скорость, тем быстрее смерзаются грунтовые агрегаты, поэтому продолжительность уплотнения грунта назначают с учетом норм [11] (табл. 14.4). 
Наибольшую длину захватки l, м, уплотнения грунта определяют по формуле 
l =П(Т—Ттр—Тр)60bh, 
где П — производительность комплекта уплотняющих машин, м³/ч; Т — время, в течение которого грунт после разработки еще пригоден к уплотнению (см. табл. 14.5), мин; Ттр — время перевозки грунта одним автомобилем—самосвалом, мин; Тр —продолжительность его разгрузки, мин; b и h — соответственно ширина и толщина уплотняемого слоя. 
Дальность возки грунта устанавливают из условия неизбежных теплопотерь, но когда его еще можно уплотнять на захватке минимальной длины.  
Насыпи из связных грунтов возводят с учетом их уплотнения и осадки после оттаивания из расчета 5 % их высоты в суровых природных условиях и 3 % высоты в годы с мягкими зимами. 
При устройстве в зимнее время насыпей из связных грунтов применяют несколько способов. 
1. Укладка грунта в воду. Используют в основном при возведении плотин. Для укладки в воду применяют связные грунты, обеспечивающие консолидацию насыпи в течение 5...6 мес, Грунт, укладывают в специальные прудки слоями 3 м и более. При температуре ниже—10 °С воду в прудке подогревают специальными установками. Для уменьшения теплоотдачи прудков поверхность воды укрывают пенополистирольными плитами. 
2. Укладка талого грунта «насухо» с послойным уплотнением. Данным способом укладывают любой глинистый грунт с оптимальной влажностью слоями 0,4...0,45 м в рыхлом теле. Свеже-уложенный и спланированный грунт обрабатывают концентрированным раствором хлористого натрия или хлористого кальция из расчета 1...3 л/м3 в зависимости от температуры наружного грунта. Обработанный солевым раствором грунт уплотняют катками на пневматиках за 8... 10 проходов. Приемка грунта, его разравнивание, обработка растворами и уплотнение происходят непрерывно по мере поступления грунта в зону укладки. Обычного деления зоны укладки на отдельные карты (приемка, разравнивание, уплотнение и т. д.) нет. Весь цикл обработки грунта при температуре наружного воздуха—40 °С длится не более 1,5.,,2 ч, при температуре —20 °С — 5...6 ч. Если необходимо, поверхность укладываемой карты и особенно основание укладываемого слоя обрабатывают теплом. 
3. Наклонный способ отсыпки грунта, который позволяет уменьшить размеры карт, а следовательно, уменьшить охлаждение и промораживание грунта. В зависимости от высоты насыпи и ее профиля отсыпка осуществляется скрепером на всю высоту или ярусами. Процесс отсыпки ведут непрерывно — на одном участке принимают и разравнивают грунт, на другом — уплотняют. Рекомендуемая толщина слоя —0,2 м. Карту отсыпки перекрывают следующим слоем грунта до начала его промерзания, поэтому размеры участков карты назначают в зависимости от интенсивности отсыпки грунта и температуры воздуха. 
При данном способе рекомендуется в необходимых случаях применять обработку грунта хлоридами из расчета 0.5...2 л/м3 и теплом.

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).