Особенности производства земляных работ в зимнее время

Зимой, при установлении отрицательных температур, происходит замерзание грунта вследствие потери тепла и перехода содержащейся в его порах воды в лед, сопровождающееся изменением его физико-механичес­ких свойств (прочности, деформативности, теплопроводности и др.).

Учитывая, что при замерзании механическая прочность грунта, а следовательно и трудоемкость разработки, резко возрастают, стараются проводить мероприятия по предварительной защите грунта от промерзания, обеспечивающие его раз­работку в талом виде. Таким образом, основными методами подготовки и разработки грунтов в зимний период являются предохранение их от промер­зания, тепловое и химическое оттаивание, рыхление и механическая разра­ботка мерзлых грунтов. Факторами, определяющими выбор методов и спо­собов зимней разработки грунта, являются объемы работ, свойства грунта, вид земляного сооружения и конкретные условия строительства.

Предохранение грунта от промерзания выполняют задолго до на­ступления холодов путем его вспахивания с боронованием, глубокого рых­ления, укрытия утепляющими материалами и химической обработки.

Для вспахивания грунта применяют различные плуги с глубиной рыхления не менее 35 см и рыхлители с глубиной рыхления 50... 70 см. За­тем грунт боронуют на глубину 15... 20 см. При глубоком рыхлении (на глубину 1,3... 1,5 м) используют одноковшовые экскаваторы с ковшом вме­стимостью 0,4... 0,65 м³, при этом грунт разрабатывают навымет и уклады­вают на место смежной (предыдущей) проходки.

В качестве утепляющих материалов используют местные материа­лы: сухие листья, торф, опилки, солома, камыш, шлак и др. Могут приме­няться и полимерные материалы, пленки, пенопласт и т.п. Иногда грунт пе­ред вспахиванием подвергают химической обработке, т.е. пропитке поверх­ностного слоя грунта хлористым кальцием и натрием, нитрит-нитратом на­трия, которые понижают температуру замерзания воды в грунте (до - 30°С). Защищенный от промерзания грунт разрабатывают обычным механизиро­ванным способом.

Однако, когда грунт не удалось своевременно предохранить от за­мерзания и по графику работ грунты необходимо разрабатывать в зимнее время, т.е. в мерзлом состоянии, то в этом случае приходится либо их отта­ивать, либо разрабатывать в мерзлом виде с использованием специальных средств и методов.

Способы оттаивания мерзлых грунтов ос­нованы на том, что за счет теплоты, передаваемой в слой мерзлого грунта, растапливается лед в его порах и грунт делается талым. Оттаивание грунтов применяют при малых объемах работ, в стесненных условиях, труднодоступных местах и в случаях, когда нельзя использовать более экономичные и менее энергоемкие способы. Оттаивание грунта осуществляют как с помо­щью естественных источников тепла - солнечного тепла, тепла воды из ес­тественных водоемов, так и искусственных - за счет сжигания твердого, жидкого или газообразного топлива, использования пара или электроэнер­гии. По направлению распространения тепла в грунте можно выделить следующие три основных способа оттаивания: сверху вниз (поверхностный); снизу вверх (глубинный); по радиальному направлению.

Поверхностное оттаивание производят либо с использова­нием естественных источников тепла, либо искусственных - горячими газа­ми (огневой способ), в тепляках, отражательными печами, горизонтальны­ми электродами, химическим способом. Оттаивание хими­ческим способом предусматривает введение в грунт раствора хлористого натрия, под действием которого в порах мерзлого грунта растворяются кри­сталлы льда.

Глубинное и радиальное оттаивание осуществляют гид­равлическим, циркуляционными водяными, паровыми и электрическими иглами, а также электродами.

Рыхление и разработку грунтов в мерзлом состоянии осуществ­ляют взрывным или механическим способом.

Взрывной (шпуровой или щелевой) способ является од­ним из основных способов подготовки мерзлых грунтов к разработке экска­ваторами. Он особенно эффективен при глубинах промерзания 0,4... 1,5 м и более и при значительных объемах разработки мерзлых грунтов. Его при­меняют преимущественно на незастроенных участках, а на застроенных - с использованием укрытий и локализаторов взрыва (тяжелых пригрузочных платформ). При рыхлении на глубину до 1,5 м применяют шпуровой и ще­левой методы, а при больших глубинах - скважинный или щелевой. Щели на расстоянии 0,9... 1,2 м одна от другой нарезают щеленарезными маши­нами фрезерного типа или баровыми машинами. Заряжают щели через од­ну удлиненными или сосредоточенными зарядами, после чего их сверху за­бивают песком. Шпуры и скважины располагают в шахматном порядке.

При рыхлении грунта взрывным способом (рис. 4.22, а) участок разбивают на захватки, где на первой из них бурят шпуры, заряжают и взры­вают их; на второй работы по условиям безопасности не производят; на тре­тьей ведут разработку грунта. Размеры захваток определяют исходя из смен­ной производительности экскаватора (экскаваторов).

Механическое рыхление мерзлых грунтов применяют при глубине промерзания 0,4... 1,5 м и небольших по площади выемках котло­ванов и траншей. При этом осуществляют дробление или скол мерзлого слоя динамическим или статическим воздействием специального сменного рабочего оборудования, установленного на базовой машине (тракторе, экс­каваторе и т.п.). Динамическое воздействие обеспечивают за счет удара, ви­брации или совместного их воздействия с применением шара- или клин-молота, дизель-молотов, клиновых тракторных рыхлителей и др. Статичес­кое воздействие при разрушении мерзлого грунта обеспечивают за счет вне­дрения в него рабочего органа, состоящего из одного или нескольких (до 5) зубьев при одновременном движении трактора (тягача).

Для рыхления мерзлого грунта (рис. 4.28) механическим способом при разра­ботке котлованов и траншей используют невесные рыхлители и землеройно-фрезерные машины, а также баровые машины (для нарезки мерзлого грунта на блоки), а при вертикальной планировке площадки - на­весные рыхлители. Эти машины работают впаре с экскаваторами, которые разрабатывают как разрыхленный мерзлый, так и немерзлый грунт.

Рис. 4.28 – Рыхление мерзлых грунтов при устройстве котлованов

При небольшой глубине промерзания грунта его рыхлят трактор­ными рыхлителями продольными проходками под углом 60°. Разрыхленный грунт перемещают бульдозером в торец котлована и экскаватором грузят на самосвалы. Последующие слои мерзлого грунта можно разрабатывать рых­лителем сначала поперечными проходками, затем продольными и диаго­нальными. Зуб рыхлителя, в зависимости от свойств грунта и мощности бульдозера, заглубляют на 0,5... 0,8 м.

При большой глубине промерзания часто практикуют блочные ме­тоды разработки мерзлых грунтов, когда монолитность их предварительно нарушают нарезкой на блоки (полосы) с помощью специальных машин, оборудованных дисковыми пилами или барами. Обычно используют мелко- и крупноблочные методы разработки грунтов. Мелкоблочный метод (рис. 4.28, б) применяют при рытье небольших котлованов и траншей при глубине промерзания 0,6... 1,4 м. Продольными и поперечными прорезями дискофрезерной машины или барами разрезают мерзлый слой на блоки раз­мером от 0,6 x 0,8 до 1 x 1,1 м, а затем экскаватором с прямой лопатой (вмес­тимость ковша 0,65... 1 м³) грузят мерзлые блоки и разрабатывают талый грунт. Крупноблочный метод используют при разработке котлованов вбли­зи зданий или сооружений, когда не допускаются сотрясения грунта, неиз­бежные при ударном и виброударном рыхлении. Мерзлые грунты нарезают на блоки массой 4... 10 т последующим удалением их из забоя бульдозе­рами (рис. 4.28, в), кранами (рис. 4.28, г) или электролебедками. При ис­пользования кранов блоки отрывают и отодвигают от талого основания бульдозерами, а затем с помощью клещевого захвата грузят на самосвалы со снятым задним бортом (рис. 4.28, г). Выемки при этом разбивают на две за­хватки на первой нарезают блоки, а на второй их краном удаляют и подчи­щают основание.

Разработку грунтов в мерзлом состоянии можно вести только с по­мощью мощного землеройного оборудования, которое позволяет разрабаты­вать мерзлый грунт без его предварительной подготовки (рыхления). В ка­честве такого оборудования применяют гидравлические экскаваторы. Осо­бенно эффективно они работают при использовании прямых и обратных ло­пат с ковшами активного действия, в днище которых вмонтированы пневмо-молоты с зубьями, обеспечивающие разрушение мерзлого грунта.

Способы разработки траншей в зимнее время следующие: раз­работка траншеи в задел, с предохранением грунта от промерзания, без предварительной подготовки, с предварительным рыхлением. Разработку траншей в задел (т.е. заблаговременно) на полный профиль производят в осенний период до наступления морозов. Недостатком этого способа явля­ется то, что откосы траншеи с течением времени частично обрушаются, а отвал грунта к моменту засыпки трубопроводов смерзается, что требует его предварительного рыхления перед засыпкой. Способы разработки траншей с предохранением грунта от промерзания принципиально аналогичны спо­собам, рассмотренным выше. Траншеи без предварительной подготовки разрабатывают в тех случаях, когда имеются необходимые технические ус­ловия. При глуби­не промерзания до 0,3 м траншеи можно разрабатывать одноковшовыми экскаваторами, а в грунтах с глубиной промерзания до 1,5 м их на полный профиль можно отрывать роторными экскаваторами.

Способ разработки траншеи с предварительным рыхлением грунта взрывным или механическим способом применяют при промерзании грун­та на глубину более 0,4 м. Рыхление производят шпуровыми зарядами или с помощью рыхлителей. Разрыхленный грунт планируют бульдозером, а разработку траншеи осуществляют одноковшовым экскаватором. Протя­женность участка разрыхляемого грунта необходимо принимать равной сменной производительности экскаватора во избежание повторного смерза­ния грунта.

Темпы ведения земляных работ при рытье траншей в зимнее время необходимо строго согласовывать с темпами изоляционно-укладочных ра­бот на трубопроводе, так как при опережении земляных работ даже на 2...3 дня возникает опасность смерзания отвала грунта. Это потребует ли­бо предварительного разрыхления грунта в отвале перед засыпкой трубо­провода (что сделать не всегда легко), либо присыпки труб перед обратной засыпкой.

При разработке траншей в мерзлых грунтах чаще всего используют несколько типов машин, каждая из которых подготавливают фронт работ для машин, выполняющих последующие операции. Например, расчистка буль­дозером поверхности грунта от снега позволяет приступить к рыхлению или прорезанию мерзлого грунта рыхлителями (баровыми машинами), ко­торые, в свою очередь, подготавливают фронт работ экскаватору и т.д. При глубине промерзания до 1,3 м траншеи, неширокие котлованы можно разра­ботать обратными лопатами с ковшом вместимостью 0,65 м³ и выше при предварительном нарезании прорезей через 0,4... 0,5 м баровой машиной. Причем при ширине траншей до 2 м достаточно сделать продольные проре­зи вдоль траншей, а при ширине более 2 м делают и попереч­ные прорези под углом 30°, нарезая при этом блоки в виде ромбов. Широкие траншеи или котлованы (шириной до 8 м) разрабатывают дву­мя торцовыми проходками экскаватора. При разработке широ­ких траншей для прокладки коллекторов в мерзлых грунтах при значитель­ной глубине промерзания обычно применяют баровые машины, экскавато­ры с клинмолотом и экскаваторы с обратной лопатой.

Засыпка траншей с трубопроводами в зимних условиях. Если строительство трубопроводов осуществляют поточно-совмещенным мето­дом (трубопровод укладывают в траншею непосредственно после ее разра­ботки), обратную засыпку его талым грунтом осуществляют бульдозером, как и в обычных условиях. В случае смерзания грунта в отвале, например при нарушении поточности, трубопровод в траншее во избежание повреж­дения изоляции присыпают на высоту не менее 0,2 м выше трубы талым грунтом. Дальнейшую засыпку трубопровода мерзлым грунтом, не содер­жащим комьев более 5... 10 см, выполняют бульдозерами.

Рекомендуемая дополнительная литература

1. СНБ 5.01.01-99 Основания и фундаменты зданий и сооружений. – Мн.: Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь, Мн., 1999. – 36 с.

2. СНиП 3.02.01-87. Земляные сооружения, основания и фундаменты / Госстрой СССР – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. – 128 с.

3. Пособие П11-01 к СНБ 5.01.01-99. Геотехнические реконструкции оснований зданий и фундампентов сооружений. – Мн.: Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь, Минск, 2001. – 120 с.

4. Пособие П17-02 к СНБ 5.01.01-99. Проектирование и устройство подпорных стен и креплений котлованов. – Мн.: Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь, Мн., 2003. – 95 с.

5. Земляные работы (Справочник строителя) / Под ред. Л.В. Гриншпуна. – М.: Стройиздат, 1992. – 352 с.

Тема 5. Бетонные и желе­зобетонные ра­боты