Способи руйнування грунтів. Переробка грунтів в зимових умовах

Зі зниженням температури механічна міцність грунту, а також питомий опір різанню та копанню різко зростають (в 5...8 разів). Оскільки темпе­ратура мерзлого грунту змінюється по глибині, відповідно змінюються харак­теристики грунту по міцності: найбільші значення питомого опору копан­ню мають місце в верхній, зовнішній частині мерзлого шару, а най­менші — на межі між мерзлим та немерзлим талим грунтом.

Для розпушення мерзлого (міцного) грунту механічним способом використо­вуються:

— при розробці котлованів — машини ударної дії (динамічні), навісні (статичні) розпушувачі та землерийно-фрезерні, барові машини для нарізання мерзлих грунтів на блоки;

— при розробці траншей — машини ударної дії, дискові екскаватори і фрезерні машини, барові машини, роторні та ланцюгові екскаватори із спеціальним робочим знаряддям, а при невеликих обсягах — змінне робоче обладнання на гідравлічних екскаваторах (пневмомолоти, гідромолоти);

— при плануванні майданчиків — навісні (статичні) розпушувачі, машини ударної дії, а при малих обсягах робіт — змінне робоче обладнання на гідрав­лічних екскаваторах (пневмомолоти й гідромолоти).

Розпушення грунту може виконуватися розпушувачем МИС-2 (машини безперервної дії). Робочі органи розпушувача у вигляді двох клинів при ударах по них спадаючим вантажем рухаються по напрямниках, заглиблюються в мерзлий грунт на глибину до 1.1 м, сколюючи його. Ширина смуги, що розроб­люється, від 1.5 до 3 м.

Грунт можна розпушувати також дизель-молотом С-222 з клином, закріп­леним на екскаваторі з наступною розробкою грунту екскаватором.

Грунти, які необхідно розробляти в зимових умовах, захищають від промер­зання різними способами:

— оранням, боронуванням та снігозатриманням;

— утепленням теплоізоляційними матеріалами;

— глибоким розпушенням;

— утепленням кригозахисною оболонкою, а також дерев'яними щитами та лежнями із шаром утеплення.

Заходи по захисту грунтів від промерзання виконують восени, а дна траншей та котлованів — зразу після закінчення робіт по розробці в них грунту.

Орання поверхні ділянки виконують тракторними плугами та розпушува­чами на глибину 35 см з наступним боронуванням верхнього шару на глибину 10…15 см. В зораному та заборонованому шарі утворюються пазухи та пори, заповнені повітрям, яке зменшує теплопровідність грунту.

Теплоізоляційні властивості зораного грунту зростають, якщо він буде вкри­тий шаром снігу.

Для створення штучних стовщень сніжного покриття бульдозерами згріба­ють сніг в вали або встановлюють ряди плотів чи щитів. Снігозатри­муючі щити­ роблять розмірами 1,5ґ2 м з прозорами площею 35...50 % загальної площі щита. Ряди щитів розташовують поперек напряму паную­чих вітрів на відстані (10...15) h одне від одного (де h — висота плити, щита або вала).

Невеликі поверхні грунту при утепленні захищають шаром утеплюючих матеріалів — тирси, фрезерного торфу, соломи, сіна, очерету, шлаку, листя.

Товщина шару утеплюючих матеріалів залежить від числа днів з мінусовою температурою за ці дні. Тому площа утепленого грунту, що розроб­люється в різні місяці зими, повинна мати різну товщину шару утеплюючих матеріалів. При визначенні необхідної товщини шару утеплюючих матеріалів за вихідну величину приймають глибину промерзання грунту в даному географічному пункті.

Товщину утеплюючих матеріалів можна визначити за формулами:

, або , (3.36)

де h — розрахункова глибина промерзання грунту;

— величина зменшення глибини промерзання грунту (см) під впливом сніжного покриву (тут: Нсн— товщина сніжного покриву (см), Ксн— коефіцієнт теплоізоляції снігу;

Кут— коефіцієнт теплоізоляційних властивостей утеплюючих матеріалів:

(3.37)

(тут агрі аут— коефіцієнти температуропроводності грунту, що утеплюється, та утеплюючого матеріалу);

l — коефіцієнт теплопровідності грунту, що утеплюється в ккал/м.град;

Т — середня температура повітря для розрахункового періоду зими;

n — число днів з негативною температурою;

Сп— коефіцієнт, який враховує вплив снігового покриву на глибину промерзання грунту;

hущ— коефіцієнт, який враховує ущільнення утеплюючих матеріалів екскаватором та транспортними засобами, дорівнює 1.3.

Попереднє глибоке (до 1.3...1.5 м) розпушення верхнього шару землі дуже ефективно захищає грунт від промерзання.

Глибоке розпушення виконують екскаваторами, оснащеними прями–ми­ лопатами, шляхом віялоподібного розкидання зачерпнутого грунту. Гребін­часта поверхня, яка виникає при цьому, затримує сніг, який в свою чергу допомагає захисту грунту від промерзання.

Глибина промерзання розпушеного грунту значно менша глибини промер­зан­ня того ж грунту в природному стані. Мерзлий шар розпушеного грунту розробляється екскаваторами, оснащеними прямою лопатою місткістю 0.5 м3і більше.

Розпушення рекомендується виконувати пізно восени незадовго до настан­ня морозів і швидкими темпами, з тим, щоб уникнути довгої дії осінніх опадів на грунт, що буде розробляться.

Даним способом рекомендується захищати від промерзання малозв'язні (супіски) та гравелисті грунти.

Хімічна обробка грунтів використовується в зимовий час при розробці котлованів і траншей з відсипкою розроблюваного грунту в відвал або з ук­ладкою з ущільненням в земляні споруди (насипи, дамби, підсипки, зво­ротна засипка і т.п.), і при розробці піщано-глинистих кар'єрів, коли не­ мож­ливо або економічно недоцільно використовувати ефективніші меха­нізовані засоби.

При температурі поверхні грунту під шаром снігу менше –15°С доцільно ви­ко­ристовувати технічний хлористий натрій, тому що він дешевий і недефі­цитний, або відходи калійних комбінатів. Використання хлоридів калію, амонію, магнію та кальцію допускається при відповідному техніко-еконо­мічному обгрунтуванні.

Оброблені відповідною кількістю реагенту грунти в зимових умовах не за­мер­зають, не примерзають до робочих органів землерийних машин та кузовів транспортних засобів і зберігаються в відвалах взимку в пластично­му стані. Грун­ти добре піддаються ущільненню й можуть використовува­тися для зво­ротних засипок та підсипок під поли.

Розпушення мерзлих грунтів може виконуватися одним із методів:

— вибухом;

— механізмами;

— вручну відбійними молотками;

— нарізанням грунтів на блоки;

— безпосередньо землерийними машинами.

Розпушення грунтів вибуховим способом доцільно виконувати при глиби­ні промерзання більше 0.8...1 м. Для вибухового способу використовуються в основному амоніти (тому що вони не вибухають від ударної дії, стійкі до вог­ню). Недолік їх — це гігроскопічність. В сирому стані ослаблюється сила вибуху.

Розпушення мерзлих грунтів механізмами виконується одним із способів:

— сколом ударною дією — при h Ј 1 м. Для цього використовуються дизель-молоти або інші машини (клин, шар-баби на екскаваторах) з направ­ле­ним ударом. Дизель-молоти навішують на екскаватори, або тракто­ри-на­ван­тажувачі;

— безпосередньо екскаватором, оснащеним прямою лопатою з пневмо­ударними зубцями, до яких повітря надходить від компресора.

При нарізанні мерзлих грунтів на блоки використовують барові або диско­фре­зерні машини, що нарізають щілини шириною 50...130 мм у взаємно перпендикулярних напрямах. Потім нарізані блоки легко вийма­ють­ся ковшем екскаватора або зсувають бульдозерами.