2371

При использовании грунтов с предельно допустимой влажностью технология производства земляных работ предусматривает следующие мероприятия:

-замена качественными грунтами (песками, супесями);

-естественное просушивание грунтов;

-введение инертных добавок (сухих грунтов, зол, шлаков);

-введение активных добавок (негашеной извести, цемента, гипса, активной золы и др.).

Данные методы выбирают на основе технико-экономического сравнения вариантов равнопрочных конструкций.

Устройство из переувлажненных грунтов насыпей, рассчитанных на естественную консолидацию, увеличивает сроки ввода аэродрома в эксплуатацию и расход материалов на ремонт возникших деформаций, связанных с доуплотнением грунта. Поэтому возведение насыпей из переувлажненных грунтов допускается в редких случаях, преимущественно при устройстве усовершенствованных облегченных покрытий переходного типа.

Под осушением переувлажненных грунтов понимают комплекс технологических мероприятий, направленных на улучшение их физикомеханических свойств, в результате которых достигается влажность, обеспечивающая возможность уплотнения грунта до требуемой плотности.

Перед естественным просушиванием грунтов выполняются подготовительные работы, которые включают: валку и трелевку леса, удаление кустарника и мохорастительного слоя, устройство водоотводных канав, расчистку от снега, планировку поверхности аэродромной полосы и резервов. Мохорастительный слой удаляется весной, снежные отложения – до начала их таяния, а остальные работы ведутся круглогодично.

Естественное просушивание грунта происходит путем испарения части свободной воды, заполняющей поры грунта. Изменение естественной влажности Wн за период Tсут ориентировочно можно прогнозировать по формуле

81

где Wк – влажность после просушивания, %; Wн – влажность до просушивания, %; J – интенсивность испарения воды через поверхность грунта, л/м² в сут; γ – плотность грунта, г/см³. Величина J принимается по агротехническим справочникам для данной местности. Во II и III дорожноклиматических зонах J в зависимости от дефицита влажности воздуха и скорости ветра меняется от 2 до 5 л/м² в сут.

Для ускорения просыхания грунта необходимо его рыхление в резерве, рациональное сочетание послойного просыхания грунта в резерве и насыпи. Разработку резервов начинают с низовой стороны для обеспечения стока дождевых вод.

Одним из методов просушивания грунта в резервах является укладка его в штабеля треугольного сечения, размещаемые на площадках. Грунт в штабелях периодически перемешивают экскаватором или бульдозером. Просушку и уплотнение грунта производят послойно.

Для просушивания переувлажненных грунтов применяют неактивные добавки. При этом влажность добавок Wд должна быть меньше оптимальной влажности получаемой смеси Wо с исходным грунтом влажности Wпр. Требуемое отношение массы сухих добавок к массе влажного грунта определяется:

где Кс – коэффициент, учитывающий однородность смеси, равный для песков и лёгких супесей 1,1; для супесей пылеватых и тяжелых, легких суглинков 1,3; тяжелых суглинков и глин 1,5.

Осушение грунтов сухими материалами можно проводить двумя способами: смешением и распределением слоев. При первом способе переувлажненный грунт и добавки вывозят в насыпь одновременно и перемешиваются при укладке бульдозером, рыхлителем или плугом. Уплотнение слоя выполняют через 1–2 суток после распределения смеси.

Второй способ заключается в распределении грунта повышенной влажности и сухого грунта чередующимися слоями.

Во всех случаях укладка новых слоев ведется по спланированной поверхности полностью уплотненного нижнего слоя, влажность его не должна превышать допустимую.

Интенсивное осушение грунта происходит при обработке его активными добавками. Особенно эффективно применение негашеной извести. Наибольший эффект достигается при обработке пылеватых песков, супесей и легких суглинков. Количество товарной негашеной извести N или ак-

82

тивных зол-уносов зависит от требуемого количества чистых CaO и MgO и активности материала:

где А – требуемое количество чистого CaO и MgO (табл.6.3), %; В – содержание CaO и MgO в товарной негашеной извести или в золе-уносе, %; К – коэффициент, учитывающий влияние цементной составляющей золы, К=1,2–1,5. При расчете количества извести принимают К=1.

Требуемое количество негашеной извести или золы-уноса в пересчете на чистые CaO и MgO, цемента (портландцемента марки 300) приведено в табл. 6.3.

Таблица 6.3

Рекомендуемое количество активной добавки при осушении грунтов

Примечания: 1. В числителе приведено количество негашеной извести или золыуноса (в расчете на чистый CaO и MgO); в знаменателе – количество портландцемента марки 300. 2. При применении низкомарочных цементов указанное количество должно быть увеличено в 1,1 – 1,3 раза.

Активные добавки вводятся распределителем цемента, смешение производится фрезами за 2–4 прохода. Время между введением добавок и окончанием уплотнения не должно превышать 4–6 для грунтов, обработанных известью или цементом, и 14–18 часов, обработанных золой-уноса.

Технология обработки переувлажненных грунтов активными добавками включает следующие операции: подготовку основания под насыпь (снятие растительного слоя, водоотвод, разравнивание и уплотнение); отсыпку слоя грунта автомобилями, скреперами и разравнивание бульдозерами, рыхление грунта при необходимости; распределение добавок; смешение грунта с добавками, разравнивание и уплотнение. Для повышения

83

проходимости скреперов рекомендуется снижать давление воздуха в шинах до 2,5–3 кг/см2. Укрепленный грунт уплотняют катками на пневматических шинах. При расчете средств механизации следует учитывать, что при работе в переувлажненных глинистых грунтах производительность бульдозеров снижается по сравнению с обычными условиями на 15–35 % , скреперов на 20–40 %.

Работы по осушению переувлажненных грунтов следует проводить до наступления устойчивых отрицательных температур.

Зимой проходимость дорожных машин и автомобилей повышается. Однако зимой трудно избежать преждевременного смерзания грунта до его уплотнения. Для того чтобы не допускать теплопотерь, дальность транспортирования грунта не должна превышать 2–3 км. Автомобилисамосвалы должны быть оборудованы приспособлением для обогрева днища отработавшими газами двигателя.

В летний период необходимо подготовить поверхность карьеров. Грунт предохраняют от промерзания предварительным рыхлением поверхности, укрытием грунта теплоизоляционными материалами, снегозадержанием или сохранением естественного мохорастительного покрова.

Отсыпку грунта в насыпь рекомендуется вести по схеме «на себя» и на захватках длиной 30–50 м с таким расчетом, чтобы после разравнивания образовался слой неуплотненного грунта толщиной 30–50 см. Перед отсыпкой насыпи основание очищается от снега и льда.

Отсыпка грунта прекращается при температуре воздуха минус 30 – минус 35 ºС и скорости ветра 3–5 м/с. Для разработки грунта зимой следует использовать экскаваторы с ковшом вместимостью более 1 м³. Уплотнение грунтов до требуемой плотности производят до их смерзания. Для надежности уплотнения вначале помимо катков используется бульдозер на гусеничном ходу. Обосновывается это тем, что на первой стадии уплотнения переувлажненные грунты выдавливаются из-под шин катка и грунт не уплотняется.

6.4. Производство земляных работ в районах пустынь и полупустынь

Эти районы имеют свою специфику: высокие температуры при малом количестве осадков (до 100 мм в год), постоянные ветра, переходящие в песчаные бури. Наибольшее количество осадков бывает в осенне-зимний период. В бескрайних просторах пустынь главным образом распространены однородные мелкие пески, незакрепленные или частично закрепленные растительностью. Незакрепленные пески под действием ветра передвигаются с образованием на огромных площадях песчаных заносов в виде бугров и барханов высотой до 20 м.

84

В зависимости от площади покрытия растительностью (%) пески раз-

При уничтожении растительности на заросших песках они превращаются в барханные и образуют подвижные формы рельефа. Состояние песков значительно влияет на способы и технологию производства земляных работ. При выборе площадки под аэродром предпочтение следует отдавать площадке с заросшими песками, на которых работы необходимо выполнять, всемерно сохраняя растительность. На барханных участках или слабозаросших работы ведутся с принятием мер по защите участка от выветривания песка и его заносов, как в период строительства, так и эксплуатации аэродрома.

На песчаных массивах, прилегающих к аэродрому, устраивают охранную зону шириной 1 км вокруг аэродрома (рис. 6.11). Пески в охранной зоне закрепляются посевом трав, посадкой деревьев и кустарников (фитомелиорация).

1 км

1 2

Рис. 6.11. Охранная зона аэродрома при постройке его в районе песчаных пустынь: 1 – аэродром; 2 – охранная зона

На период прорастания семян и укрепления корневой системы растений используют механическую защиту. На пески укладывают различного рода щиты из подсобных материалов (камыш, травы и др.). Щиты укладываются поперечными рядами через каждые 2-4 м к направлению ветра.

85

За пределами защитной зоны пески можно укреплять путем устройства слоя из битумной эмульсии, разливаемой по спланированной поверхности.

Все земляные работы выполняют зимой и весной, когда песок влажный. В этот период года облегчается проходимость землеройнотранспортных машин и возрастает их производительность. В сухое время года применяют искусственное увлажнение песков. Сбор дождевых вод организуют в искусственных водоемах, сооружаемых в пониженных местах. Наиболее экономично использовать воду из скважин, которые бурят до водоносного слоя. Производится также накопление влаги в грунте способом экранирования. Этим способом накапливают и сохраняют атмосферные осадки в грунтах карьеров, расположенных вблизи строительной площадки.

Экранирование грунта производится путем его рыхления осенью до дождей на глубину 15-20 см. Весной после прекращения осадков рыхление повторяют. После рыхления грунт слегка уплотняют. Затем грунт разрабатывают, перемещают на площадку аэродрома, разравнивают и уплотняют

(рис. 6.12).

2 3

Рис. 6.12. Схема технологического процесса экранирования грунта: 1 – рыхлитель; 2 – бульдозер; 3 – каток; I – рыхление осенью; II – рыхление весной; III – разработка и перемещение грунта на летное поле; IV – послойное разравнивание; V – уплотнение

В заросших и полузаросших песках земляное полотно устраивают в нулевых отметках. Разрабатывая выемку, ее выполняют по типу раскрытых выемок с откосами 1:10. Откосы закрепляют щитами или обрабатыва-

86

ют органическими вяжущими. После возведения из песка насыпей и разработки выемок сразу же проводят устройство защитного слоя из связного грунта толщиной 10–30 см.При строительстве покрытия аэродрома защитный слой предохраняет от втапливания материала основания (гравий, щебень) в песок и улучшает условия уплотнения.

Для предотвращения выдувания песка земляные работы должны вестись непрерывно, а законченные участки – немедленно укрепляться.

Особенность работы машин в песке состоит в том, что рабочие органы быстро изнашиваются и требуют замены. Техническое обслуживание машин должно быть более тщательным. Требуется более частая смазка трущихся деталей, смена масла, очистка и установка фильтров. Для лучшей проходимости по пескам пневматика колес машин должна быть с низким давлением.

6.5. Гидромеханический способ производства земляных работ

Условия и эффективность применения гидромеханизации земляных работ

Гидромеханический способ производства земляных работ основан на использовании кинетической энергии воды для разработки, транспортировки и укладки грунта. Сущность гидронамыва заключается в том, что с помощью струи воды, подаваемой гидромонитором в забой под большим напором и с большой скоростью, производится размыв грунта или с помощью землесосных снарядов грунт всасывается из воды. Грунт с водой (пульпу) перемещают по открытым канавам или лоткам, если уклон местности позволяет транспортировать пульпу самотеком или по открытым трубам. Основным условием применения этого способа производства земляных работ является: наличие достаточного количества воды, сосредоточенный характер работ, хорошая размываемость грунта в забое и быстрая отдача воды при укладке, благоприятные условия рельефа, наличие источников энергии (для разработки и перемещения средствами гидромеханизации на 1 м3 грунта требуется 5…10 кВт·ч электроэнергии). Степень насыщения пульпы грунтом характеризуется отношением объема грунта к объему воды в пульпе. Расход на размыв 1 м3 грунта зависит от его связанности и плотности и колеблется от 3 до 10 м3.

В аэродромном строительстве этот способ может быть с успехом применен на вскрышных работах при разработке карьеров, при разработке на летном поле больших по объему выемок (глубиной не менее 2 м) поблизости расположенных от возводимых крупных насыпей, на строительстве гидроаэродромов при дноуглубительных работах в устройстве береговых участков, для транспортирования грунта, разработанного экскаваторами, и т.д.

87

Основные схемы производства работ

Для производства земляных работ при строительстве аэродромов, автомобильных дорог и выполнении вскрышных работ на карьерах могут найти применение следующие схемы производства работ средствами гидромеханизации.

Разработка грунта гидромониторами и транспортирование самоте-

ком (рис. 6.13) применимы, когда разность отметок мест разработки грунта гидромониторами и укладки его позволяет перемещать гидросмесь самотеком по канавам или лоткам.

Рис. 6.13. Разработка грунта гидромонитором с транспортированием гидросмеси самотеком по лотку: 1 – забой; 2 – гидромонитор; 3 – лоток; 4 – валики; 5 – дренажный колодец; 6 – насыпь; 7 – сбросная канава; 8 – водоем; 9 – насосная установка; 10 – напорная магистраль

Разработка грунта гидромониторами и транспортирование под на-

пором (рис. 6.14) применяют, когда разность отметок не обеспечивает движение гидросмеси, в этом случае требуется перемещать ее по трубам под напором. Грунт, размытый гидромонитором, стекает в приямок, откуда пульпу засасывает передвижная землесосная установка и по трубам подает на участок намыва.

88

Рис. 6.14. Разработка грунта гидромонитором с транспортированием гидросмеси под напором по трубам: 1 – линия электропередачи; 2 – гидромонитор; 3 – землесос; 4 – участок намыва; 5 – насосная; 6 – река

Разработку грунта плавучими землесосными снарядами (рис. 6.15)

применяют, когда грунт находится под водой или когда в месте разработки можно создать искусственное затопление.

Разработка грунта гидромониторами. Для направления струи воды в нужную точку забоя гидромонитор имеет шарниры, обеспечивающие поворот ствола гидромонитора в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Сила удара струи воды о стенку забоя увеличивается с увеличением скорости и массы воды. Скорость вылета струи из насадки гидромонитора v зависит от напора воды h и может быть вычислена по формуле

где К – коэффициент скорости, равный для конических насадок 0,93-0,94; g – ускорение силы тяжести.

89

Рис. 6.15. Схема разработки грунта землесосным снарядом с транспортированием гидросмеси по трубам: 1 – резерв; 2 – землесосный снаряд; 3 – плавучая часть магистрального трубопровода; 4 – магистральный пульповод; 5 – задвижки; 6 – разводящий трубопровод; 7 – колодец для отвода воды; 8 – карта намыва;

9 – трубопровод для отвода осветленной воды к месту размыва грунта

Дальность полета струи l зависит от скорости струи и угла наклона ствола гидромонитора к горизонту α:

g

Наибольшая дальность полета струи lmax = 1,73h получается при наклоне ствола гидромонитора к горизонту под углом 45º. Установлено, что струя эффективно размывает грунт на расстоянии, равном 1/3 lmax. Если расстояние от гидромонитора до забоя превышает указанную величину, то размыв грунта становится малоэффективным.

Гидромонитором управляют с помощью рычага, дефлектора или дистанционно. Малые гидромониторы, работающие при малых давлениях на смыве и подгонке грунта, имеют рычажное управление (водило). Крупные гидромониторы, диаметр колен которых больше 250 мм, управляются при помощи специального насадка-отклонителя, называемого дефлектором, который крепится на конце ствола гидромонитора. Достаточно повернуть дефлектор на незначительный угол (5–6°), как под действием реакции струи ствол гидромонитора повернется в обратном направлении на неко-

90