Билет 11. 1. Особенности разработки грунта в зимнее время

1. Особенности разработки грунта в зимнее время...

Значительная часть территории Росси расположена в зонах с продолжительной и суровой зимой. Однако строительство ведется круглый год. 20% общего объема земляных работ приходится выполнять при мерзлом состоянии грунта. Для мерзлых грунтов увеличивается трудоемкость их разработки из-за повышенной механической прочности. Мерзлое состояние грунта усложняет технологию, не могут применяться экскаваторы, бульдозеры, скреперы, грейдеры, уменьшается производительность транспортных средств, быстрый износ деталей машин, особенно рабочих органов. Методы разработки грунтов: 1) предохранение грунта от промерзания с последующей разработкой обычными методами; 2) разработкой грунта вмерзлом состоянии с предварительным рыхлением; 3) непосредственная разработка мерзлого грунта; 4) оттаивание грунта и его разработка в мерзлом состоянии.

Предохранение грунта от промерзания - осуществляют рыхлением поверхностных слоев, укрытием поверхностей различными утеплителями, пропиткой грунта солевыми растворами. Рыхление грунта вспахиванием и боронованием производят на участке, предназначенном для разработки в зимних условиях. В результате верхний слой грунта приобретает рыхлую структуру с замкнутыми пустотами, заполненными воздухом, которая обладает достаточными теплоизоляционными свойствами. Вспашку ведут тракторными плугами и рыхлителями на глубину 20..35 см с последующим боронованием на глубину 15..20 см в одном направлении (или в перекрестных), что повышает термоизоляционный эффект на 18..30%.

Укрытие поверхности грунта - термоизоляционными материалами, желательно из дешевых местных материалов: древесных листьев, сухого мха, торфяной мелочи, соломенных матов, шлака, стружек и опилок, укладываемых слоем 20..40 см по грунту. Применяют при небольших площадях.

Оттаивание мерзлого грунта осуществляют тепловыми способами со значительной трудоемкостью и электроемкостью. Применяют вблизи действующих подземных коммуникаций и кабелей; при необходимости оттаивания мерзлого основания; при аварийных и ремонтных работах; в стесненных условиях (технич. перевооружение и реконструкция). Способы оттаивания мерзлого грунта классифицируют по направлению распространения теплоты в грунте и по применяемому виду теплоносителя. По направлению распространения теплоты 3 способа:

1) оттаивание грунта сверху вниз - неэффективен, т.к. источник теплотырасположен в зоне холодного воздуха, это вызывает большие потери теплоты. Но этот способ достаточно легкий, требует минимальных подготовительных работ. 2) оттаивание грунта снизу вверх - минимальный расход энергии, т.к. оттаивание происходит под зашитой ледяной земляной корки и теплопотери при этом практически исключаются. Недостаток: трудоемкие подготовительные операции, поэтому ограничен в применении.

3) оттаивание грунта по радиальному направлению - теплота распространяется в грунте радиально от вертикально установленных прогревающих элементов, погруженных в грунт. Для этого способа также нужны трудоемкие подготовительные работы, средний по эффективности. Подвиду теплоносителя:

1) огневой способ - применяют для отрывки зимой небольших траншей. Используют звеньевой агрегат, состоящий из ряда Ме корпусов в форме разрезанных по продольной оси усеченных конусов, из которых собирают сплошную галерею. Первый корпус 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 обсыпаютслоем талого грунта или шлака. Полосу оттаявшего грунта посыпают опилками, а дальнейшее оттаивание вглубь продолжается за счет аккумулированной в грунте теплоты. 2) способ электропрогрева - пропуск тока через разогреваемый материал, в результате чего он приобретает положительную температуру. Основными техническими средствами являются горизонтальные или вертикальные электроды. А) 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. Поверхность отогреваемого участка покрывают слоем опилок толщиной 15..20см, которые смачивают солевым раствором с концентрацией 0,2.. 0,5% с таким расчетом, чтобы масса раствора была не менее массы опилок. Вначале смоченные опилки являются токопроводящим элементом, т.к. замерзший грунт не является проводником. Под

воздействием теплоты, генерируемой в слое опилок, оттаивает верхний слой грунта, который превращается в проводник тока от электрода к электроду. После этого под воздействием теплоты начинает оттаивать следующий слой грунта, а затем нижележащие слои. В дальнейшем опилочный слой защищает отогреваемый участок от потерь теплоты в атмосферу, для чего слой опилок покрывают толем или щитами. Этот способ применяют при глубине промерзания грунта до 0,7 м; расход электроэнергии на отогрев 1 м³ грунта колеблется от 150 до 300 МДж; температура в опилках не превышает 80..90 °С. В). Оттаивание грунта вертикальными электродами осуществляют с применением стержней из арматурной стали с заостренными нижними концами. При глубине промерзания до 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 надо систематически убирать снег и устраивать опилочную засыпку, увлажненную солевым раствором. Режим прогрева при стержневых электродах такой же, как и при полосовых, причем при отключении электроэнергии электроды следует последовательно заглублять по мере прогрева грунта до 1,3.. 1,5 м. после отключения электроэнергии в течение 1..2 дн глубина продолжает увеличиваться за счет аккумулированной в грунте теплоты под защитой опилочного слоя. Расход энергии при этом способе ниже, чем при способе горизонтальных электродов. Применяя прогрев снизу вверх, до начала прогрева необходимо бурить скважины, на глубину, превышающую на 15..20 см толщину мерзлого грунта. Расход энергии снижается до 50.. 150 МДж на 1 м³, а применять слой опилок не требуется. При заглублении стержневых электродов в подстилающий талый грунт и одновременном устройстве на дневной поверхности опилочной засыпки, пропитанной солевым раствором, оттаивание происходят и сверху вниз, и снизу вверх. Подготовительных работ больше. Применяют в экстренных случаях, когда необходимо быстрое оттаивание грунта.

3) паровое оттаивание основано на впуске пара в грунт, для чего применяют специальные технические средства - паровые иглы, представляющие собой Ме трубку длиной до 2 м, 0 25..50 мм. На нижнюю часть трубы насажен наконечник с отверстиями 0 2..3 мм. Иглы соединяют с паропроводом гибкими резиновыми шлангами с кранами. Иглы заглубляют в скважины, предварительно пробуриваемые на глубину, = 70% глубины оттаивания. Скважины закрывают защитными колпаками

снабженными сальниками для пропуска паровой иглы. Пар подают под давлением 0,06..0,07МПа. После установки аккумулированных колпаков прогреваемую поверхность покрывают слоем термоизолирующего материала (опилок). Иглы располагают в шахматном порядке с расстоянием между центрами 1.. 1,5 м. расход пара на 1 м³ грунта составляет 50.. 100 кг. Этот метод требует расход теплоты примерно в 2 раза больше, чем метод глубинных электродов.

4) оттаивание электронагревателями - передача теплоты мерзлому грунту контактным способом. Применяют электроиглы, представляющие собой стальные трубы длиной 1 м, 0 50..60 мм. Внутри трубы установлен нагревательный элемент, изолированный от корпуса трубы. Нагревательный элемент имеет контактные выводы для подключения к электрической цепи. Нагреваясь, он передает тепловую энергию стальному корпусу, а тот - мерзлому грунту. При оттаивании грунта электронагревателями теплота распространяется в радиальном направлении.