Выбор способа механического рыхления грунта

Работы в зимних условиях выполняются по специально разрабатываемым технологическим схемам. При этом, к нормам времени применяют поправочные коэффициенты, указанные во вводной части ЕНиР или ГЭСН.

Зимний период для среднего климатологического района условно делят на три части. В первой трети этого периода, когда грунт промерзает не более чем на 35 см, котлованы отрывают с такими же откосами, как в летнее время. Недобор грунта до проектной отметки остается таким же. Основание котлованов и траншей предохраняют от промерзания слоем недобора или укрывают их утеплителем. В суглинистых и глинистых грунтах котлованы отрывают непосредственно перед началом строительных работ и засыпают выравнивающим слоем шлака толщиной до 10 см.

Во второй трети зимнего периода грунт промерзает на половину общей глубины промерзания. Объемы работ по котловану (траншее) определяют как и для работ, выполняемых в летнее время. Недобор грунта в этот период может быть увеличен до 20-30 см. Остальные работы выполняются так же, как и в первую треть зимы.

В последнюю треть зимы грунт промерзает на полную расчетную глубину для данного климатического района. В этот период котлован (траншею) можно отрывать с вертикальными стенками на глубину промерзания, а ниже – с обычными откосами.

Разработка мерзлого грунта одноковшовыми экскаваторами (прямая и обратная лопата) без предварительного рыхления допускается:

- с емкостью ковша 0,5-0,65 м³ и более при толщине мерзлого слоя до 0,25 м;

- с емкостью ковша 1-1,25 м³ при толщине мерзлого слоя до 0,4 м.

Подлежащий разработке грунт при большой глубине промерзания должен быть предварительно подготовлен одним из следующих технологических способов:

· Предохранением грунта от промерзания;

· Оттаиванием мерзлого грунта;

· Рыхлением мерзлого грунта;

· Резанием мерзлого грунта.

Предохранение от промерзания наиболее целесообразно для всех грунтов (глины, суглинки, пески и др.) и выполняется до наступления устойчивых морозов.

Рекомендуется следующие способы:

- предварительное рыхление до промерзания грунта (вспахивание, боронование, перелопачивание);

- засоление;

- покрытие поверхности грунта теплоизоляционными материалами;

- удержание снегового покрова;

- пеноизоляция.

В тех случаях, когда сроки работ установлены в первой трети зимнего периода, следует предусматривать вспахивание и боронование, удержание снегового покрова, утепление и засоление. В остальной части зимы выполняется глубокое рыхление (перелопачивание) или утепление теплоизолирующими материалами.

Глубина промерзания грунта Н (см) при предохранении поверхности вспахиванием, боронованием или засыпкой талым грунтом рассчитывается по уравнению:

Н = А ·(4р – р²) (5.1)

где А – коэффициент, учитывающий способ утепления грунта, принимаемый по таблице 5.1. Величина p определяется по уравнению:

р = (5.2)

где Z – время охлаждения грунта, сутки;

t – отрицательная температура воздуха за время охлаждения грунта.

Таблица 5.1 - Значения коэффициента А

Пример. Определить глубину промерзания грунта в районе строительства на 1 января при условии, что дневная поверхность его будет вспахана на глубину 25 см и заборонована. Грунт – глина. Средняя температура в ноябре –3⁰С, в декабре –8⁰С. Промерзание грунта в районе строительства начинается с 7 ноября.

Решение.

Определяем значение величины р:

Средняя температура в ноябре –3⁰С, время охлаждения грунта 23 суток.

Средняя температура в декабре – 8 ⁰С, время охлаждения грунта 31 день.

3 ´ 23 = 69

8 ´ 31 = 248

∑ 317

Значение р за этот период будет равно р = » 0,32.

По таблице 5.1. находим величину А = 17, соответствующую найденному значению р.

По формуле (5.1.) определяем глубину промерзания грунта при вспаханной и заборонованной поверхности:

Н = 17∙ ( 4·0,3 – 0,3² ) = 18,7 » 19 см

Глубина промерзания при утеплении снегом определяется по формуле:

Н = 60∙( 4р – р²)·К₁ – В∙h_сн (5.3)

где В – коэффициент сравнительной теплопроводности снега;

- для рыхлого снега В = 3;

- для слежавшегося и насыпного снега В = 2;

- для подтаявшего снега В = 1,5;

К₁ – коэффициент, значения которого приведены в табл. 5.2;

h_сн – cредняя высота снежного покрова, см, по данным метеорологической станции или по данным фактических наблюдений на строительстве.

Таблица 5.2 - Значения коэффициента К₁ в зависимости от вида утеплителя

Примечание: Значения коэффициентов К₁ действительны для грунтов с низким уровнем грунтовых вод.

Для грунтов с высоким уровнем грунтовых вод (водонасыщенных) значения К₁= 1.

Пример. Определить глубину промерзания глинистого грунта с высоким уровнем грунтовых вод под слоем слежавшегося снега толщиной 30 см. Значение р = 0,8.

Решение. Определение толщины мерзлого грунта под снегом производим по формуле (5.3):

Н = 60∙(4р-р²)·К₁ – В∙h_сн = 60·(4∙0,8 – 0,8²)·1-2∙30 = 94 см.

Утепление грунта термоизоляционными материалами целесообразно при небольшой площади утепления. Толщина слоя утеплителя (в см) предварительно определяется по формуле:

h_ут = (5.4)

где Н – расчетная глубина промерзания без утеплителя, определенная по уравнению (5.1) в см;

К₁ – коэффициент, принимаемый по табл. 5.2.

Пример. Найти толщину слоя опилок, чтобы предохранить глинистый грунт от промерзания с 7 ноября до 1 января (по графику работ разработка котлована предусмотрена в январе). Средняя толщина снежного покрова

h_сн = 0. Средняя температура в ноябре – 2,1⁰, в декабре –8⁰.

Решение. При отсутствии снежного покрова формула (5.3) видоизменится, т.к. К₁ и В не вводятся, т.е.

Н = 60∙(4р – р²)

Значение р определится так : за ноябрь 2,1∙23 = 48

за декабрь 8,0·31 = 248

Всего 296»300

р = = 0,3

Н = 60∙( 4·0,3 – 0,3²) = 66 см

Толщина слоя опилок при величине К₁ (согласно табл. 5.2) равном 1,9 определится как:

h_ут = = = 34,7 » 35 см

При определении общего количества утеплителя для заданной площади следует учитывать уширение контура утеплителя на величину глубины промерзания с каждой стороны.

Для выбранного способа предохранения грунтов от промерзания вычерчивается план технологической схемы с указанием работ на захватках. План вычерчивается в масштабе 1:100 или 1:200. Приводятся технические характеристики машин (механизмов) и состав комплекса.

3.2. Выбор способа оттаивания грунта

При достаточном количестве электроэнергии мерзлый грунт можно оттаивать при помощи горизонтальных (накладных) или вертикальных (забивных) электродов.

Оттаивание мерзлых грунтов горизонтальными электродами целесообразно при глубине промерзания грунта до 0,8, обладающего малой электропроводностью, либо содержащего значительное количество посторонних включений, не позволяющих забить электроды.

Технологическая последовательность отогрева состоит в укладке электродов непосредственно на очищенную от снега поверхность мерзлого грунта. Электроды из арматурной стали диаметром 12-16 мм укладываются через 0,4-0,8 м один от другого. Каждый электрод подсоединяется к своей фазе (рис.5.1). После укладки электродов и выполнения коммуникационных работ поле с электродами покрывается слоем опилок (15-25 см), смоченных водным раствором соли. Это обеспечивает проводимость тока в слое опилок и создает первоначальную зону нагрева. По мере оттаивания грунта с поверхности, постепенно в зону нагрева включаются прилегающие к опилкам слои грунта. Для лучшей аккумуляции тепла в слое опилок рекомендуется сверху закрывать их пленкой или деревянным щитом.

Рис. 5.1. Схема отогрева грунта горизонтальными электродами:

1- поверхность мерзлого грунта, 2 – электроды из арматурной стали d=12-16 мм, 3 – проводка каждой фазы, 4 – опилки, смоченные раствором соли, 5 – верхнее утепление ( пленка, рубероид, щиты и т.д.)

Рис. 5.2. Схема отогрева грунта вертикальными электродами:

1 – мерзлый слой грунта, 2 – талый грунт, 3 - электроды

Отогрев вертикальными электродами более эффективен и применим при глубине мерзлого слоя более 0,7 м. При этом способе электроды погружаются через слой мерзлого грунта до талого слоя на глубину 0,2-0,3 м. Цепь электрического тока, в этом случае, замыкается в талом грунте, который нагревается и своим теплом оттаивает вышерасположенные слои (рис.5.2). Последние аналогичным образом воздействуют на верхние мерзлые участки, увеличивая постепенно зону оттаивания. Расстояние между электродами принимается от 0,4 до 0,8 м. Меньшее расстояние относится к напряжению тока 220 вольт, большее – 380 вольт.

Требуемая мощность, расход электроэнергии и длительность отогрева грунта горизонтальными электродами приведены в табл. 5.3.

Таблица 5.3 - Средние значения расхода электроэнергии ( кВт-час) и длительность оттаивания грунта (час) горизонтальными электродами

Этот способ более экономичен, так как снижаются потери тепла с поверхности в атмосферу. Кроме этого, прогрев грунта можно прекратить, не доводя зону оттаивания грунта на 20 см до дневной поверхности. Этот мерзлый слой может оттаять за счет аккумулированного тепла. Кроме того, существующие экскаваторы при емкости ковша 0,5 м³ и более способны разрабатывать мерзлую корку толщиной до 40 см.

Средние значения потребляемой мощности, расход электроэнергии и время оттаивания приведены в таблице 5.4.

Таблица 5.4 - Средние значения потребной мощности (кВт), расход энергии (кВт-ч) и длительность оттаивания (час) грунта вертикальными электродами на 1 м³ суглинков влажностью 18 – 20 %

Вычерчивается технологическая схема (М 1:100, 1:200) разработки котлована или траншеи с указанием последовательности работ на захватках (рис.5.3; 5.4). Для 2-х характерных процессов (например, экскавация и схема электрооттаивания) вычерчиваются разрезы. Указываются механизмы (машины), включенные в состав комплекса, приводятся их технические характеристики.

5.3. Выбор способа механического рыхления грунта

Механическое рыхление пород и мерзлых грунтов осуществляется статическими рыхлителями, механизмами ударного действия и резанием.

Статическое рыхление – это послойное разрушение плотных, мерзлых и скальных грунтов с последующей их уборкой землеройными, землеройно-транспортными или погрузочными машинами. Статические рыхлители выполняются навесными к гусеничным или колесным серийным тракторам. Эффективность работы рыхлителя зависит от тягового усилия базового трактора и прочности (группы) разрабатываемого грунта.

Таблица 5.5 - Техническая характеристика машин статического действия

Область применения машин статического рыхления в летнее время распространяется на плотные глины, трещиноватые горные породы, а также породы с большим количеством каменистых включений при их разработке бульдозерами и скреперами.

В зимнее время указанные машины применяются для рыхления промерзшего слоя под “корку”, т.е. при глубине мерзлого слоя от 0,46 до 1,2 м, когда коронка зуба рыхлителя движется по талому грунту. Такое рыхление эффективно при производстве планировочных работ в первой трети зимы, когда грунт еще не промерз на полную глубину. При толщине мерзлого слоя больше 0,7 м рыхление выполняется послойно с толщиной слоя рыхления не более 0,4-0,5 м.

Ударное рыхление чаще всего применяется для рыхления мерзлых грунтов дроблением и откалыванием при помощи клина или шар-бабы, которыми оборудуются копры и экскаваторы (табл. 5.6.)/

Таблица 5.6 -Техническая характеристика механизмов ударного действия

Область применения механизма определяется его производительностью и глубиной рыхления.

Резание горных пород и мерзлого грунта заключается в устройстве в нем узких щелей (шириной 140-230 мм) при помощи специального навесного оборудования, которое монтируется на тракторах, траншейных экскаваторах и др. машинах. Рабочим органом этих машин являются бары либо фрезы, снабженные специальными резцами из высокопрочной стали.

Таблица 5.7 - Технические характеристики машин для резания породы

При помощи машин, указанных в табл. 5.7, твердые породы или мерзлые грунты разрезаются на отдельные блоки размером 0,5´0,5м или 2,5´2,5 м, либо в них устраиваются продольные щели, после чего производятся взрывные работы или ведется непосредственная разработка механизмами.

В зависимости от выбранного способа рыхления грунта, вычерчивается технологическая схема производства работ по выемке грунта из котлована или траншеи. План вычерчивается в масштабе 1:100 или 1:200 с указанием технологической последовательности, а величина захваток определяется из расчета круглосуточной работы экскаватора. Для характерных технологических операций вычерчиваются разрезы (не менее двух). Приводится экономически обоснованные виды машин, их технические характеристики и состав комплекса.