Земляные работы

Ремонт тепловых сетей сопровождается про­изводством земляных работ, достигающих в некоторых случаях достаточно больших объемов. При ремонте теплопроводов приходится выполнять следующие виды земляных работ: рытье траншей и котлованов с укладкой грунта в отвал или в транс­портные средства; вывоз грунта; засыпку траншей и котлованов. Производство всего комплекса земляных ра­бот в городских условиях требует особой тщательно­сти их выполнения.

Земляные работы по сравнению с другими являют­ся наиболее трудоемкими и поэтому выполняются ме­ханизированным способом, и только в отдельных слу­чаях, когда не представляется возможным использовать механизмы, применяется ручной труд в неболь­ших объемах. Земляные работы часто приходится выполнять в стеснен­ных условиях при относительно больших объемах ра­бот, выполняемых вручную из-за стесненности, нали­чия большого количества коммуникаций, трудностей с применением средств механизации.

В городских условиях, как правило, тепловые сети проложены под проезжей частью, поэтому перед началом земляных работ производится разборка дорожных покрытий. Дорожное покрытие по бетонному основанию вскрывают на 10 см шире верхней части ширины траншеи на каждую сторону. Штучные дорожные материалы сохраняют для повторного применения, асфальт отправляют на завод для переработки. При других конструкциях дорожных покрытий их разбира­ют на 25 см с каждой стороны.

Булыжные и асфальтовые покрытия разбирают с помощью плужных приспособлений и рыхлителей в прицепе к тягачу или автомобилю и кирковщиков. Покрытие на бетонном основании и усовершенствован­ные дорожные одежды разрабатывают механическим бетоноломом, устанавливаемым на автомобиле. В слу­чаях, когда оказывается невозможным применить ме­ханизм или при малых объемах работ используют пнев­матические отбойные молотки.

В случае расположения тепловых сетей в городских зеленых зонах, верхний растительный слой грунта монтажной полосы сгребают бульдозером и складывают отдельно и затем используют при городских озеленительных ра­ботах или восстановлении (рекультивации) нарушен­ных посадочных земель. Рекультивация должна быть выполнена до наступления морозов.

После окончания работ по разборке дорожных покрытий или удалению растительного слоя грунта приступают к рытью траншей.

Рытье траншей.Для рытьятраншей для теплосетей и котлованов под камеры используют одноковшовые экскаваторы, которые представляют собой самоход­ные машины цикличного действия. Эти землеройные машины предназначены для рытья и погрузки в транс­портные средства или отсыпки грунтов в отвал. Одноковшовые экскаваторы имеют хо­довое, силовое и рабочее оборудование.

По ходовому устройству строительные экскаваторы подразделяют на гусеничные и пневмоколесные. Пневмоколесные экскаваторы в силу их мобильности успешно используют на малых объек­тах, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. В отличие от гусеничных эти экскаваторы могут быстро передвигаться по дорогам, пригодным для автотранспорта, не деформируя их покрытия. Пневмоколесные экскаваторы широко используют для производства земляных работ в городских условиях. Экскаваторы на гусеничном ходу используются глав­ным образом по бездорожью. Экскаваторы бывают од­номоторные и многомоторные. Боль­шинство применяемых в насто­ящее время одноковшовых экскаваторов имеют одномоторный привод. В качестве двигателей используются тракторные дизели.

Одноковшовые экскаваторы имеют сменное рабо­чее оборудование. Для производства земляных работ используют следующее сменное рабочее оборудование: прямая лопата, обратная лопата, драглайн и грейфер­ный ковш. Одноковшовые универсальные экскаваторы могут использоваться как струги, копры, краны и др. благодаря сменному оборудованию. Для производства земляных работ одноковшовые экскаваторы характе­ризуются следующими основными параметрами: емко­стью ковша, радиусами резания и выгрузки (в отвал и в транспортные средства), глубиной резания, про­изводительностью и видом ходовой части.

Для строительства и ремонта теплопроводов в городах чаще всего применяют одноковшовые экскаваторы, преиму­щественно оборудованные обратной лопатой емкостью до 0,5 м³. Они роют траншеи прямоугольного и трапе­цеидального поперечного сечения, оставляя отвал грун­та треугольного сечения. Для рытья траншеи большой ширины используют драглайны, а при очень глубоких выемках – грейферы. Эти механизмы обла­дают значительно большими радиусами резания и вы­грузки, а также глубиной копания по сравнению с об­ратными лопатами. В зависимости от используемого оборудования, емкости ковша и условий работы экс­каваторы имеют различную производительность, кото­рая колеблется в достаточно больших пределах.

Одноковшовые экскаваторы имеют ряд преиму­ществ. Главным из них является большая маневрен­ность, в связи с чем, они находят широкое применение, как в городских, так и в полевых условиях. Одноков­шовые экскаваторы на пневмоколесном ходу достаточно мобиль­ны. При этом при передвижении и работе они не повреждают дорожные одежды и поэтому могут использоваться на улицах и проездах с любым дорожным покрытием. Такие экс­каваторы могут делать отвалы, а также грузить грунт в автотранспорт. Однако одноковшовые экскаваторы имеют некоторые недостатки. Одним из главных недос­татков любого одноковшового экскаватора является то, что он при рытье не создает ровного дна, в связи с чем, за ним всегда приходится делать подчистку дна, вы­полняемую бульдозером (при широких траншеях) или вручную.

Для производства траншейных работ и рытья кот­лованов наибольшее распространение получили одно­ковшовые экскаваторы емкостью от 0,25 до 1 м³. На окраинных или загородных участках, а также в тех случаях, когда требуется большая ем­кость ковша, применяют экскаваторы на гусеничном ходу. Это обычно бывает, когда роют траншеи боль­шой ширины поверху. В этих же случаях для рытья траншей и больших котлованов используют драглайны.

Транспорт грунта. В стесненных условиях, когда грунт, разрабатываемый в траншеях и котлованах, нельзя оставлять у мест разработки, его погружают в транспортные средства и отвозят к месту обратной засыпки других выемок. При траншеях больших раз­меров часто не бывает возможности разместить отвал грун­та. В этих случаях грунт при рытье вывозят в кавальер, а засыпку ведут привозным из кавальера грунтом. Лишний грунт подлежит вывозу на другие участки. Независимо от того, является ли грунт лишним или возникает не­обходимость в устройстве кавальеров, вывоз грунта производят в процессе рытья траншей и котлованов с одновременной погрузкой грунта экскаватором в ав­томобили-самосвалы.

Крепление траншей и котлованов. Рытье траншей и котлованов во всех возможных случаях производят без креплений с устройством откосов, так как крепле­ния требуют больших затрат материалов и труда, а производство работ при установленных креплениях значительно усложняется. Чаще всего крепления де­лают в тех случаях, когда глубина выемки и размеры ремонтной площадки не позволяют делать широкие поверху траншеи и котлованы. В условиях ремонта в связи со стесненностью траншеи и котлованы в основном роют с верти­кальными стенками. В целях сокращения времени, за­трачиваемого на земляные работы, все конструкции креплений должны быть инвентарными. Крепления бывают различными в зависимости от вида и глубины выемки, а также от характера грунта и его влажности.

Вертикальные стенки траншей глубиной до 3 м в связных грунтах естественной влажности при отсут­ствии грунтовых вод крепят инвентарными щитами с прозорами (рис. 4.1, а).

Рис. 4.1. Крепление стенок траншей:

а – щитами с прозорами; б – шпунтовым рядом;

1 – доски с прозорами; 2 – раздвижная инвентарная распорка; 3 – деревянный шпунт; 4 – сваи; 5 – направляющие брусья

При тех же грунтовых ус­ловиях, но при глубине траншеи более 3 м устанавли­вают сплошные крепления без прозоров. Если грунты несвязанные или слоистой структуры, то устанавлива­ют сплошные крепления независимо от глубины тран­шеи. Крепления (щиты и доски) удерживаются с помощью стальных инвентарных раздвижных распоров, устанавливаемых поперек траншеи. В водоносных грунтах при сильном притоке грунтовых вод и возмож­ном выносе частиц грунта для крепления стенок тран­шей и котлованов применяют шпунтовое ограждение (рис. 4.1, б), которое может быть деревянным, метал­лическим и железобетонным в зависимости от глубины и ширины выемки.

Для котлованов часто применяют крепление вер­тикальных стенок в виде свай с забивкой между ними досок или брусьев. Сваи обычно бывают из прокатной стали двутаврового поперечного сечения. Номер двутавра, расстояние между ними и толщину досок определяют расчетом. Крепления из досок ус­танавливают по мере разработки выемки. Шпунтовые ряды и сваи забивают до рытья котлованов и траншей. Крепления траншей и котлованов разбирают по мере их засыпки (снизу вверх). В отдельных случаях, когда разборка креплений может вызвать осадку со­седних сооружений, крепления не разбирают, оставляя их в земле.

Защита от грунтовых вод. При разрытии городских улиц особое значение приобретает своевременная и надежная борьба с грунтовыми водами в процессе ремонтных работ. В зависимости от характера грунтовых вод используют три метода борьбы с ними: водоотвод, водоотлив и искусственное понижение уровня грунто­вых вод. Производство земляных работ в условиях го­рода связано с нарушением организованных городских стоков поверхностных вод. Поэтому до начала земля­ных работ предусматривают прокладку временных водоотводящих средств таким образом, чтобы избе­жать попадания дождевых вод в траншеи.

Водоотвод на городских улицах осуществляют сле­дующим образом. Если водосточные лотки и канавы попадают под отвалы грунта, то в них до начала земля­ных работ прокладывают водоотводные просмоленные лотки в виде коробов и желобов.

Водоотлив производят откачкой грунтовой воды из траншей и котлованов. В пониженных точках траншей и котлованов роют небольшие приямки (зумпфы) для стока-приема грунтовых вод. Из этих приямков воду откачивают насосами с механическим приводом.

Искусственное понижение уровня грунтовых вод производят обычно легкими (вакуумными) или эжекторными иглофильтровыми установками. Иглофильтр представляет собой стальную трубу диаметром 40–50 мм, оканчивающуюся фильтровым завесом с большим числом отверстий на его поверхности, через которые всасывается грунтовая вода. Иглофильтры располагают вдоль будущей траншеи (рис. 4.2) или по периметру будущего котлована. Для погружения в грунт иглофильтр устанавливают вертикально и через шланг, присоединенный к верхней части иглофильтра, пускают воду. Выходящая из торца струя размывает грунт под иглофильтром, который опускается на необходимую глубину под собственным весом. Иглофильтры соединяют с водовсасывающим коллектором, который присоединяется к насосному аг­регату. Вакуум-насос отсасывает воду из коллектора. При откачке воды из грунта уровень ее около игло­фильтров понижается и образуется граница между во­доносным и осушенным грунтом в виде выпуклой по­верхности, называемой депрессионной. Откачиваемая из иглофильтров вода отводится по трубам за пределы осушаемого участка.

Рис. 4.2. Установка легких иглофильтров вдоль траншеи:

а – однорядная; б – двухрядная;

1 – иглофильтр (труба); 2 – фильтро­вое звено; 3 – водовсасывающий коллектор; 4 – уровень грунтовых вод до понижения; 5 – депрессионная кривая (уровень грунтовых вод после понижения)

Величина понижения уровня грунтовых вод легки­ми иглофильтровыми установками (ЛИУ) составляет: при расположении иглофильтров в один ряд 2–3,5 м; при расположении с двух сторон траншеи или по зам­кнутому контуру котлованов 4–4,5 м. Эжекторные иг­лофильтры – это водоводяные насосы, у которых нагнетаемая вода посредством сопла засасывает грун­товую воду. Они понижают уровень грунтовых вод од­ним ярусом на глубину 8–18 м. Искусственное пони­жение уровня грунтовых вод представляет собой как бы осушение грунтов, в результате чего разработку их можно производить обычными методами. Для обес­печения нормальной разработки осушенных грунтов необходима круглосуточная (без перерывов) работа вышеописанных установок.

Засыпка траншей. Обратная засыпка траншей и кот­лованов в наиболее общем случае включает доставку грунта, отсыпку его, разравнивание и уплотнение. Грунт для обратной засыпки во многих случаях находится не у места его засыпки, а на удалении от него. Засыпка траншей и котлованов выпол­няется сразу после окончания ремонтных работ. Засыпку теплопроводов, проложенных в каналах и бесканаль­ным способом, проводят с большой осторожностью, чтобы не сдвинуть трубопроводы и не повредить их изо­ляцию или конструкцию каналов и камер. При засып­ке грунт тщательно уплотняют.

Работы производят в следующей последовательности. При бесканальной прокладке до начала гидравли­ческого испытания трубопроводы присыпают грунтом, оставляя незасыпанными стыки. Грунт в пазухах уп­лотняют одновременно с двух сторон, укладывая его слоями толщиной не более 20 см на высоту не менее половины диаметра трубопроводов. По окончании гид­равлического испытания производят засыпку грунта слоями над стыками с тщательным уплотнением. Пос­ле этого трубопроводы засыпают с послойным уплот­нением по всей ширине траншеи на высоту не менее 50 см над верхом трубопроводов.

При прокладке трубопроводов в каналах вначале производят засыпку пазух. К засыпке приступают по окончании всех работ, как по самому трубопроводу, так и по каналам и камерам. Засыпку ведут с послой­ным уплотнением грунта с толщиной слоя не более 20 см одновременно с обеих сторон каналов. Засыпку пазух с тщательным уплотнением производят на уровне не менее ²/₃ высоты канала. Механическое сбрасывание грунта в траншеи разрешается производить после выполнения указанных требований. Для этой цели используют обычно бульдозеры. В тех случаях, когда прокладка теплосетей осуществляется непосредственно под проез­жей частью, к засыпке траншей предъявляют повышен­ные требования в отношении уплотнения грунта, так как осадки грунта под дорожным покрытием не допус­каются. В этих случаях целесообразно использовать грейферы с последующим разравниванием и уплотне­нием грунта.

Техническими средствами для уплотнения грунта: а) самопередвигающиеся виброплиты массой 150, 200, 270, 500, 700,1100 и 1400 кг; б) электрические трамбовки массой 28, 80 и 160 кг; в) вибротрамбовки, подвешиваемые к крану или экскаватору, массой 2600 кг. Если грунт, в ко­тором проложены отремонтированные теплопроводы, оказывается не­пригодным для засыпки, его вывозят в процессе экс­кавации, а засыпку производят песком, особенно в тех случаях, когда предполагаются усовершенствованные дорожные покрытия. Вне пределов городской застрой­ки или на участках, где нет дорожных покрытий и до­пускается естественная осадка грунта, после засыпки траншей над ними устраивают валики из грунта с рас­четом на постепенную осадку. В местах просадок со временем производят дополнительную подсыпку.

Производство земляных работ в зимнее время. В осеннее и зимнее время при минусовых температу­рах воздуха большинство грунтов, содержащих влагу, резко меняет свои свойства. Это объясняется тем, что вода, превращающаяся в лед, связывает минеральные частицы грунта в твердое тело, причем, чем больше воды замерзнет в грунте, тем крепче становится грунт (капиллярная вода замерзает при низких температу­рах). В результате этого трудность разработки мерз­лых грунтов по сравнению с талыми значительно уве­личивается. Грунт промерзает в тех географических районах, где бывает устойчивая минусовая темпера­тура воздуха в относительно длительные периоды вре­мени года. В южных районах Российской Федерации, например, про­мерзания грунта не отмечается, а в северных — име­ются значительные территории (48 % всей территории РФ) с вечномерзлыми грунтами. Промерзание грун­та в средней полосе носит сезонный характер и дости­гает своего максимума (в среднем) в феврале-марте.

Глубина промерзания и твердость замерзшего грун­та зависят от длительности и величины зимних моро­зов, от характера грунтов, от уровня грунтовых вод, от наличия растительного слоя, листвы или хвои на поверхности земли, толщины снегового покрова и дру­гих факторов. Для облегчения разработки мерзлых грун­тов при производстве земляных работ используют сле­дующие мероприятия: предохранение грунтов от глубокого промерзания, оттаивание мерзлых грунтов, рых­ление мерзлых грунтов механизированными спосо­бами.

Предохранение грунтов от глубокого промерзания производят следующими основными способами: ук­рытием теплоизоляционными материалами (торфом, шлаком и т. п.), вспахиванием и боронованием грун­та или удержанием снегового покрова, глубоким рых­лением. Вспахивание производят плугами и рыхлите­лями с тракторами на глубину не менее 35 см с после­дующим боронованием на глубину 15 см. Задержание снегового покрова осуществляют устройством валов из грунта или снега, а также установкой снегозадержива­ющих щитов. Глубокое рыхление выполняют путем перелопачивания грунта экскаватором на глубину воз­можного промерзания, но не более 1,5 м. Вспахивание и глубокое рыхление производят до наступления за­морозков.

Разработка мерзлого грунта одноковшовыми экс­каваторами с обратной и прямой лопатой без предва­рительного рыхления допускается при толщине мерз­лого слоя до: 25 см с вместимостью ковша 0,5–0,65 м³ и 40 см с вместимостью ковша 1–1,25 м³. Мерзлый слой толщиной до 0,7 м дробят падающими грузами, подвешиваемыми к тросу стрелы экскаватора или крана. Падающие грузы в виде шара, грушевидной формы и в виде клина изготавливают из стального литья. Дробление производят самоходными и стрело­выми кранами или экскаваторами, оборудованными фрикционными лебедками. Скалывание грунта проис­ходит после нескольких ударов по одному следу. При глубине промерзания 1,3–1,5 м и больших объемах мерзлого грунта применяют взрывной способ – наи­более экономичный и эффективный. Однако этот метод используют только в свободных от застройки местах. На городских улицах при большой толщине мерзлого слоя применяют экскаваторные рыхлители или анало­гичное сменное оборудование к тракторам и экскава­торам. Работу организуют при совместном рыхлении и разработке грунта.

Способы оттаивания мерзлых грунтов производят ограниченно и только в тех случаях, когда нельзя ис­пользовать другие более экономичные способы. Существуют два основных метода оттаивания грунта: поверхностный и радиальный (глубинный). Поверхностный способ заключается в том, что оттаивание грунта производится с поверхности земли нагревательными элементами в виде электропечей или непосредственным воздействием огня на мерзлый грунт. Поверхностный способ малоэффективен и при­меняется при очень малых объемах работ и толщине мерзлого слоя менее 40 см.

Радиальный способ отогревания используют при толщине мерзлого грунта более 40 см. Прогрев грунта производят при помощи нагревательных прибо­ров в виде игл, устанавливаемых в пробуренные в мер­злом слое скважины. Иглы могут быть электрические, водяные циркуляционные (рис. 4.3) и паровые.

Рис. 4.3. Иглы для оттаива­ния грунта:

а – водяная циркуляционная; б – электрическая;

1 – фланец; 2 – внутренняя трубка; 3 – тру­ба; 4 – наконечник; 5 – нихромовая спираль; 6 – асбестовый порошок

Элек­трические иглы делают из труб длиной 1–1,5 м, внутри которых размещают 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 бывают случаи их замерзания. Паровые иглы также требуют устройства специальной котельной и, кроме того, имеют большой недостаток, выражающийся в том, что грунт обильно насыщается водой, что для зимних условий работ крайне нежела­тельно. Водяные и паровые иглы неэкономичны и ис­пользуются очень редко.

Траншеи и котлованы, разработанные в зимних ус­ловиях, должны быть предохранены от промерзания грунта в основании путем недобора грунта или укры­тия утеплителями. Снятие утеплителя и зачистку основания производят непосредственно перед устройством оснований каналов или трубопроводов, а также камер. Засыпку траншей и пазух котлованов в зимнее время ведут при условии, что количество мерзлых комьев в грунте не должно превышать 15 % общего объема засыпки. Пазухи засыпают талым грунтом. Траншеи, разработанные в зимнее время, следует немедленно после окончания всех работ засыпать на всю глубину талым грунтом с тщательным послойным уплотнением.