V.31. Уплотнение грунтов в пазухах фундаментов

 

7. Производство земляных работ в зимнее время.

По своему состоянию мерзлые грунты подразделяются следующим образом: 

- твердомерзлые, прочно сцементированные льдом, характеризующиеся относительно хрупким разрушением; 

- пластично-мерзлые, сцементированные льдом связные грунты, обладающие вязкопластичными свойствами вследствие наличия в них незамерзшей воды;

- сыпучемерзлые, не сцементированные льдом несвязные грунты. К последним относятся песчаные и гравелисто-галечниковые грунты, разработка которых почти не отличается от разработки талых.

Глубина промерзания грунта зависит от его теплотехнических свойств, интенсивности и продолжительности воздействия отрицательных температур. Для глинистых грунтов следует вводить коэффициент 0,8, а для песков и супесей — коэффициент 1,2. Механическая прочность грунтов при замерзании значительно возрастает. Сопротивление мерзлого грунта на сжатие в 3... 4 раза больше, чем на растяжение, поэтому твердомерзлые грунты целесообразно разрабатывать не путем раздавливания, а способом скалывания.

При повышении температуры мерзлые связные грунты теряют хрупкость и приобретают пластично-мерзлые свойства при резком падении механической прочности. Разрыхленный грунт при понижении температуры может снова замерзнуть, при этом время начала замерзания грунта (в зависимости от температуры наружного воздуха) составляет: при —5°С

—90 мин, при —10, —20, —30°С — соответственно 60, 40 и 20 мин.

Величина первичного разрыхления для мерзлого грунта значительно больше, чем для талого, и достигает иногда 35...50% в зависимости от типа грунта и способа его разработки. Повышенную величину первичного разрыхления мерзлого грунта необходимо принимать во внимание при выборе транспортных средств для отвозки грунта и при определении размеров временных отвалов. Важными свойствами мерзлых грунтов являются не только их повышенная механическая прочность, но и высокое электросопротивление и повышенная теплопроводность. Такие свойства грунта, как теплопроводность и теплоемкость, необходимо учитывать при разработке и оттаивании мерзлого грунта, который, как известно, является хорошим диэлетриком.

Физические свойства грунта изменяются в широком диапазоне по глубине залегания. На поверхности мерзлый грунт обладает наибольшей прочностью, а по мере заглубления в грунт проявляются пластические деформации. В этих случаях оборудование, работающее по принципу скалывания, весьма эффективно разрушает верхнюю корку и заклинивается в нижних пластичных слоях мерзлого грунта.

Сложность и трудность выполнения земляных работ, особенно в северных и восточных районах, вызываются проявлением сурового, резко континентального климата, наличием вечномерзлых грунтов, интенсивным морозным пучением грунтов, образованием наледей, сильными ветрами в сочетании с низкими температурами воздуха, пургой, снегозаносами и различными инженерно- геологическими факторами.

Предохранение грунта от промерзания с последующей разработкой его в талом состоянии является одним из эффективных методов разработки мерзлых грунтов. Для предохранения грунтов от промерзания строители используют различные утепляющие средства— снег, торф, шлак, солому, камышит и др. Особенно эффективен двухкомпонентный фенольно-резольный пенопласт (ФРП), вспенивающийся и затвердевающий при соединении компонентов друг с другом. Разработка мерзлого грунта экскаваторами возможна при небольшой глубине промерзания. Так, экскаваторы, оборудованные прямой лопатой с ковшом вместимостью 0,65 м3, могут разрабатывать мерзлую корку толщиной до 25 см, с ковшом 0,35 м3 — до 15 см. Проходку траншей при глубине промерзания 0,7 ...0,8 м можно вести роторным экскаватором или траншейным цепным экскаватором со специальным сменным оборудованием. Для борьбы с наледью ковши оборудуются электронагревательными приборами или вибраторами.

Применение строительной техники, не рассчитанной на работу в северных условиях строительства, приводит к быстрому износу, частым поломкам и чрезмерным затратам на ее ремонт. При низких отрицательных температурах наблюдается быстрый выход из строя гидравлических систем и резиновых покрышек машин, повышенная хрупкость деталей. Нецелесообразно также использование экскаваторов как базовой машины в качестве рыхлителя ударного действия ввиду сокращения срока их службы. Один рыхлитель Д-652АС используется эффективнее и производительнее 20 механических молотов, навешенных на экскаваторы Э-652.

Из-за высокой абразивности мерзлых грунтов резко увеличивается износ металла режущих органов землеройных машин, в 4... 6 раз возрастает удельная энергоемкость разработки мерзлых грунтов, поэтому в некоторых случаях (особенно в крайне стесненных площадках) при производстве ремонтно-строительных работ при условии соблюдения техники безопасности для рыхления мерзлых грунтов используется взрывной способ. Перспективным направлением разработки мерзлых грунтов является использование рыхлителей статического действия и диско-фрезерных машин. Для рыхления мерзлых грунтов перед экскавацией используют баровые землеройные машины и переоборудованные для этой цели траншейные экскаваторы. Применение механизированных методов разработки мерзлых грунтов позволяет уменьшить долю объемов работ, выполняемых с помощью ударных органов, навешиваемых на экскаваторы (шар-молот, клин-баба, «торпеда»), и использовать экскаваторы по прямому назначению — для разработки грунтов.

При ограниченных объемах земляных работ в стесненных условиях мерзлый грунт разрушают механизированным инструментом (отбойные молотки, термобуры, высокочастотные электромеханические устройства, взрывной инструмент и др.) или применяют высокомобильные малогабаритные рабочие органы на пневмоколесных тракторах (винтовой мерзлоразрыхлитель, подпружиненный клин-молот, машины ударного действия, торцовые фрезы с вибратором крутильных колебаний и др.).

Представляет интерес использование для разрушения рыхлых мерзлых грунтов ручного высокочастотного электротермомеханического устройства, который основан на совместном использовании высокочастотной и механической энергии. Ручной высокочастотный нож оснащен высокочастотным генератором и рабочим органом — парой плоских электродов, сходящихся под острым углом. Электроды выполняют двойную функцию: излучателя электромагнитной энергии и механического клина. Масса инструмента 5 кг, скорость проходки щелей до 40 см/с.

В последние годы для разрушения мерзлых и скальных грунтов находят полезное применение гидромолоты, навешиваемые в качестве сменного рабочего оборудования на гидравлические экскаваторы. Если глубина промерзания грунта не более 1,3 м, то рыхление выполняется за один проход, при большей глубине — слоями по 0,9... 1,0 м с уборкой разрыхленного слоя. Для послойного рыхления мерзлых и плотных грунтов и скальных трещиноватых пород применяют навесные рыхлители статического и динамического действия, землеройно-фрезерные машины, вибровальцовые рыхлители. Наибольшей производительностью обладают серийно выпускаемые навесные рыхлители, особенно при работах линейного характера, при глубине промерзания 0,6... 1 м. Имеются также экспериментальные образцы рыхлителей с рабочим органом — стальным валом со сменными клиновидными наконечниками или навесным оборудованием в виде комплекта пневмомолотков.