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.