книги из ГПНТБ / Тарновский, Ю. К. Механизированная разработка грунта в зимнее время

благовременно подготавливать грунт к зимним условиям пропиткой его в талом состоянии в тех случаях, когда избирается химический ме­ тод его обработки.

При этом способе на поверхности участка, подлежащего оттаиванию, выбуриваются (в случае глинистых грунтов) скважины диамет­ ром 0,3—0,4 м на глубину, подлежащую оттаи­ ванию. Располагают их в шахматном порядке на расстоянии 1 м. В скважины заливают подо­ гретый до 80—100° С солевой раствор (хлорис­ тый кальций, хлористый натрий или сульфит­ но-спиртовую барду) и в течение 3—5 дней производят постоянное пополнение скважин раствором. Если грунт песчаный, то достаточ­ на глубина скважин 15—20 см, так как раствор будет проникать вглубь оттаиваемого слоя за счет дисперсности грунта. Надо иметь в виду, что при песчаных грунтах этот способ непри­ меним в районах вечной мерзлоты, когда пред­ полагается использование грунта в качестве основания в мерзлом состоянии, так как прони­ кающий вглубь соляной раствор нарушает ес­ тественный мерзлотный режим грунта. В гли­ нистых грунтах такой опасности не возникает.

Грунты, оттаянные этим способом, после их разработки не подвергаются опасности вторич­ ного смерзания при укладке их во временный отвал или в постоянную насыпь.

О т т а и в а н и е г р у н т о в за с ч е т е с ­

оттаивания Мерзлого слоя естественное тепло воздуха, солнечную радиацию и теплые дожде­ вые воды, являющиеся хорошими теплоносите­

60

лями. Как было указано выше (см. рис. 4), верхний слой грунта, расположенный на днев­ ной поверхности, в значительной степени изо­ лирует нижележащие слои от воздействия этих факторов, ввиду чего эти слои сохраняют мерз­ лое состояние (в зависимости от географичес­ кого положения объекта) в течение 15—30 дней с момента установления положительных темпе­ ратур воздуха.

В районах сезонного (зимнего) промерза­ ния грунтов стоит вопрос о том, что целесооб­ разнее: дожидаться полного оттаивания грун­ та или начинать его разработку, исходя из соображений календарного планирования строительных работ. Если разработку грунта требуется начинать во время цикла оттаива­ ния, то наиболее экономичным будет использо­ вание метода послойного оттаивания грунта.

При этом методе работы можно выполнять любым видом землеройно-транспортных или планировочных машин: тракторным скрепером, бульдозером или автогрейдером. Выбор типа машины зависит в этом случае от вида выемки, объема работ и дальности перемещения грунта к месту укладки в насыпь.

Сущность этого метода (рис. 14) заключа­ ется в том, что по мере оттаивания верхнего слоя грунта на толщину стружки, снимаемой при проходке разрабатывающей грунт маши­ ны, слой этот срезают и лежащий под ним мерзлый слой подвергают воздействию всех упомянутых выше естественных факторов. Этот слой в свою очередь оттаивает на толщину сле­ дующей снимаемой стружки и т. д. Время, не­ обходимое для оттаивания последующих слоев, прогрессивно уменьшается (T2<Ti), во-пер­ вых, потому^ что верхний слой обладает наи-

61

большими термоизоляционными свойствами; во-вторых, по мере производства работ в это время года обычно повышается температура воздуха и интенсивность действия остальных

Ф

Рис. 14. Схема изменения состояния грунта при разработке его методом послойного оттаивания

а — в условиях сезонно промерзающих грунтов; 6 — в ус­ ловиях сезонно оттаивающих грунтов; 1—4 —г последова­ тельно снимаемые слои

оттаивающих грунт факторов, а более глубоко залегающие слои грунта имеют более высокую (близкую к нулю) температуру. Общее время

62

оттаивания на полную глубину при этом мето­ де работ по сравнению с естественным течени­ ем процесса оттаивания сокращается.

Используемые для послойной разработки оттаивающего грунта машины работают в этом случае путем срезания параллельной стружки, толщина которой в зависимости от вида грун­ та и мощности двигателя составляет: для буль­ дозера 25—40 см, для автогрейдера 6—10 см, для тракторного скрепера 10—30 см. Для ра­ боты этих машин создаются благоприятные ус­ ловия, так как ножи их срезают грунт по грани между мерзлым и талым слоем, в котором грунт имеет ослабленную структуру, а сама машина опирается на твердое, промерзшее ос­ нование.

Если в районах сезонного промерзания грунтов метод послойного оттаивания дает лишь относительно небольшой выигрыш во времени, то в районах вечной мерзлоты он яв­ ляется одним из самых экономичных и распро­ страненных методов разработки для планиро­ вочных выемок, траншей и т. п.

Особенностью грунтов, распространенных в этих районах, является их мелкозернистая структура при большой водонасыщенности, а в мерзлом состоянии — льдистости. Этим объ­ ясняется их большая текучесть и малая несу­ щая способность в талом состоянии. Поэтому складывается такое положение, что разработка их в мерзлом состоянии, как и всяких мерзлых грунтов, трудоемка и дорога, а разработка в талом состоянии механическими средствами почти неосуществима из-за невозможности прохода землеройных машин по топкому грун­ ту. При этом единственным средством исполь­ зования землеройно-транспортных и планиро-

6 3

вочных машин является в данном случае метод послойного оттаивания.

Объясняется это тем, что он дает возмож­ ность машине при снятии стружки двигаться по еще неоттаявшему, а потому и сохранивше­ му высокую несущую способность подстилаю­ щему слою грунта. Поэтому, работая по это­ му методу в условиях вечномерзлых грунтов, следует обращать внимание на своевременное снятие очередного оттаявшего слоя, не допу­ ская оттаивания на глубину большей опреде­ ленной (в зависимости от типа используемых машин) величины. Такой оптимальной величи­ ной для тракторного скрепера является 20— 25 см, а для бульдозера — 30—40 см. При большей глубине оттаивания работа машин затрудняется, а производительность снижается и при глубине оттаивания примерно около 50 см работа становится уже невозможной, так как машина вязнет в оттаявшем грунте.

Метод послойного оттаивания грунта поз­ воляет производить разработку в талом состо­ янии, с минимальными затратами машинного времени и труда, на глубину, превышающую глубину естественного оттаивания грунта в данном районе (как это видно из приведен­ ной схемы).

Скорость оттаивания последовательных слоев грунта и в этом случае постоянно повы­ шается; особенно действенным является сол­ нечная радиация, почти круглосуточная в ос­ новных районах распространения вечномерз­ лых грунтов в начале летнего периода.

П р о и з в о д с т в о р а б о т с п о с о б о м п о с л о й н о г о в ы м о р а ж и в а н и я . Об­ ратным процессом по отношению к методу по­ слойного оттаивания является способ вымора­

64

живания, к которому целесообразно прибегать при разработке выемок в грунтах со значи­ тельным притоком грунтовых вод. Если это до­ пустимо по соображениям календарных сроков выполнения объекта, то наиболее экономич­ ным решением является разработка таких вы­ емок в зимних условиях, после того как на ступят устойчивые отрицательные температу­ ры наружного воздуха (ниже —5° С). До наступления морозов разрабатывается в этом случае только верхний слой грунта, лежащий выше горизонта грунтовых вод. Когда под действием холодного атмосферного воздуха расчетная глубина промерзания (см. рис. 2) достигает глубины 40—50 см, начинается раз­ работка грунта в выемке в мерзлом его со­ стоянии одним из описанных ниже способов. Разработку ведут отдельными участками, между ними оставляют перемычки из мерзло­ го грунта толщиной около 0,5 м.

Разработка ведется не на полную глубину ожидаемой глубины промерзания, а на 2/3 этой глубины, во избежание возможного прорыва грунтовых вод сквозь мерзлую корку и затоп­ ления ими выемки. Перемычки являются изо­ ляцией отдельных секций от остальных в слу­ чае такого прорыва. Фронт разработки пере­ мещается из одной разрабатываемой секции в другую, в то время как в остальных секциях вновь нарастает глубина промерзания, после чего разработка их повторяется. Поперемен­ ное вымораживание и разработка .участков продолжаются до достижения проектного уровня, после чего снимают защитные пере­ мычки.

Такой способ позволяет разрабатывать при мерзлом состоянии грунта (а следовательно,

без крепления и водоотлива, необходимого из-за большого притока грунтовых вод) выем­ ки, значительно превосходящие по своей глу­ бине толщину слоя сезонного промерзания грунта, аналогично тому, как это показано на рис. 14 для послойного оттаивания вечномерз­ лых грунтов.

3.МЕТОД РАЗРАБОТКИ ГРУНТА

ВМЕРЗЛОМ СОСТОЯНИИ

СПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ РЫХЛЕНИЕМ

За последние годы в связи с увеличением парка и повышением мощности строительных машин метод механического рыхления мерз­ лого грунта приобретает все большее распро­ странение.

При ориентации зимней разработки грунта на метод его механического рыхления следует производить в осенний период снятие с наме­ ченного к разработке участка растительного слоя грунта.

При методах предохранения от замерзания и искусственного оттаивания этот слой, обла­ дающий низкими механическими, но высокими теплозащитными свойствами, целесообразно сохранять, потому что наличие его уменьшает потребность в искусственной термоизоляции.

При зимней разработке грунта в талом со­ стоянии растительный слой может быть уда-, лен бульдозером и окучен в штабель до нача­ ла разработки основных слоев грунта.

При разработке мерзлого грунта методом предварительного рыхления сохранение расти­ тельного слоя в качестве термоизоляционного покрова не имеет смысла, так как в процессе рыхления и последующей разработки он сме­

66

шается с подстилающим грунтом и снизит ме­ ханические качества грунта, идущего на воз­ ведение насыпей.

Поэтому растительный грунт должен быть срезан до наступления зимы бульдозером и сдвинут им (на расстояние не свыше 100 м) в штабеля или окучен и отгружен при помощи экскаватора с прямой лопатой или тракторно­ го погрузчика на автомашины для отвозки на место потребления.

Способы и оборудование для рыхления мерзлого грунта в настоящее время весьма разнообразны и области их применения раз­ личны (табл. 8).

Т а б л и ц а 8

»До 100 Средства малой

При небольшом объеме работ разумно ис­ пользовать для рыхления грунта приспособле­ ния, являющиеся сменным оборудованием той

машины, которая служит для его последую­ щей разработки. При значительных объемах работ целесообразно использовать специали­ зированное оборудование, работающее в со­ ставе комплексного механизированного звена с основной землеройной или землеройно-тран-

Рис. 15. Рыхление грунта молотом на крановой стреле

а — рыхление шар-молотом; 6 — рыхление вертикальным па­ дением клин-молота; в — рыхление наклонным падением клин-молота; г и д — рыхление клин-молотом с подтяжкой канатом

спортной машиной. Применение средств малой механизации может быть оправдано лишь при незначительных объемах работ.

Р ы х л е н и е м о л о т а м и с в о б о д н о ­ го п а д е н и я . Ввиду того что в районах се­ зонного промерзания грунтов выполнение крупных объемов выемок в зимних условиях нецелесообразно, значительная часть разраба­ тываемых в зимнее время грунтов падает на долю "относительно небольших по объему кот­ лованов и траншей. Поэтому относительно большое распространение для рыхления мерз­ лого грунта получило навесное оборудование

68

к одноковшовым экскаваторам в виде молотов свободного падения (рис. 15). При работе с молотом свободного падения стрела экскава­ тора устанавливается под углом не менее 60°, чтобы обеспечить достаточную высоту паде­ ния молота (Я). Молот может иметь форму шара или клина с одним или несколькими зубьями. Работа молота заключается в подъе­ ме его и последующем свободном сбрасывании вниз. При этом работа шар-молота и клин-мо­ лота принципиально различна: шар-молот дей­ ствует по принципу дробления, а клин-молот— по принципу раскалывания грунта. Наиболее эффективен клин-молот с двумя зубьями, так как в этом случае скалывание происходит по плоскости между зубьями, что дает экономию в энергии удара в пределах 15—30%.

Действие молота пропорционально его ве­ су, высоте падения и числу ударов, наноси­ мых по одному месту (табл. 9). Разрушение мерзлого слоя происходит при этом в радиу­ се, примерно равном глубине рыхления.

Следует заметить, что применение молотов свободного падения, подвешенных на стреле экскаватора, губительно сказывается на амор-

Т а б л и ц а 9

П арам етры ры хления м ерзлого слоя м олотам и свободного падения

69