§ 3. Оттаивание мерзлых грунтов

Оттаивание мерзлых грунтов приме­няют при отрыве небольших котлованов, участков траншей, вводов, вблизи под­земных сооружений, трубопроводов и кабелей, в труднодоступных местах и стесненных условиях, во время ведения аварийных и ремонтных работ.

Теплота, получаемая от источника, может распространяться:

по поверхности грунта от нагревателя, размещенного на ней (поверхностное от­таивание);

в радиальном направлении от нагрева­теля, размещенного в шпуре в мерзлом слое грунта (радиальное оттаивание);

к поверхности грунта от нагревателя, размещенного ниже слоя мерзлого грун­та (глубинное оттаивание);

в нескольких направлениях от нагре­вателей, расположенных в любой зоне мерзлого грунта или на поверхности (комбинированное оттаивание).

Оттаивание грунта твердым и жидким топливом. Наиболее простым, но мало­эффективным способом является отогрев грунта сжиганием под металлическим ко­робом торфа, каменного угля, щепы и т. п.

Режим процесса оттаивания мерзлого грунта состоит из воздействия тепла на грунт в течение 7...8 ч и периода акку­муляции тепла (16... 18 ч). Для оттаива­ния 1 м³ грунта расходуется 120... ...140кг торфа, 30...60 кг угля, 0,15м⁸ дров.

Более экономичным при разработке траншей является оттаивание грунта жидким топливом с помощью соответ­ствующих установок (рис. II 1.22, б). Топ­ливо (соляровое масло) поступает по шлангу самотеком из бака к форсунке, установленной впереди головного ко­роба. У сопла форсунки топливо распы­ляется и факелом сжигается. Участок длиной 8 м и шириной 1 м установка оттаивает за 6.. .8 ч на глубину 20.. .30 см. Затем установка перемещается на со­седний участок, а на поверхность прогре­того грунта насыпают опилки слоем

до 30 см. За счет аккумуляции тепла через 10... 12 ч грунт оттаивает на глу­бину 0,7...0,8 м. Расход топлива — 4... ...5 кг на 1 м³ грунта.

Если к установке пристроить венти­лятор, то образуется факел длиной 7... ...8 м; производительность такой установ­ки составляет 40 м оттаявшего грунта за смену при расходе топлива 17 кг/ч. Оттаивание грунта паровыми, водя­ными и электрическими иглами. Источ­ником тепла служат стационарные или передвижные установки. В предвари­тельно пробуренные шпуры (скважины) на глубину, не доходящую до талого го­ризонта на 10... 12 см, устанавливают иглы.

Паровые иглы располагают в шахмат­ном порядке (рис. II 1.22, г) на расстоя­нии друг от друга, равном толщине ото­греваемого слоя, и выдерживают их под паром от 2...3 ч (песчаные грунты) до 4...6 ч (глинистые грунты). После этого делают перерыв на 1...2 ч, а затем вновь пускают пар. Отогретый участок покры­вают утепляющим материалом (опилки, листья и т. п.).

В водяные циркуляционные иглы (рис. III.22, д) горячая вода поступает по тру­бопроводам. После прохождения группы игл теплоноситель — вода — возвраща­ется в котельную установку для следую­щего подогрева. При этом способе рас­ход тепла больше, чем при паропро-греве.

Электрические иглы (рис. III.22, е) при разработке небольших котлованов ста­вят в центре каждого котлована, при разработке узких траншей — по оси на расстоянии 1 м друг от друга, при раз­работке широких траншей — в шахмат­ном порядке на расстоянии, равном глу­бине промерзания, при разработке боль-гших котлованов — в шахматном поряд-!ке на расстоянии 1... 1,5 м. Электриче-I ские иглы включают в сеть переменного |тока напряжением 220 В последователь-|но группами.

Оттаивание грунта электродами и на-|гревателями. Оттаивание мерзлых грун-|тов может производиться с помощью убинных электродов (рис. III.22, з), зготовляемых из круглой арматурной тали диаметром 16...20 мм или труб диа-гром 25...50 мм, заостренных с одного онца. Электроды вставляют в пробурен-

ные скважины или забивают отбойными пневматическими или электрическими молотками. Расстояние между рядами электродов Ъ = 0,86а, где а — 0,4... ...0,8м — расстояние между электродами в ряду.

Электроды вставляются или забивают­ся на глубину 5... 10 см ниже мерзлого слоя. Электрический ток, пройдя по та­лому грунту под мерзлым слоем (мерз­лый грунт плохо пропускает ток), выде­ляет тепло, которое аккумулируется и оттаивает вышележащие слои мерзлого грунта.

Трубчатые электронагреватели

(ТЭНы) и коаксиальные нагреватели обыч­но используются при радиальном оттаи­вании. ТЭНы изготовляются из стальных бесшовных трубок диаметром 8...12 мм, внутри которых находится спираль из нихромовой проволоки диаметром 0,6 мм и длиной 20 м. Пространство между труб­кой и спиралью заполняется прессован­ным периклазом, обладающим хорошей теплопроводностью. ТЭНы отличаются несложностью конструкции и быстротой оттаивания грунта, но при их исполь­зовании необходимо укрывать поверх­ность.

Коаксиальные нагреватели состоят из двух труб, помещенных соосно одна в другую и заваренных с одного конца. Зазор между трубами заполняется квар­цевым или речным просушенным песком и заливается жидким стеклом. Напря­жение подводится к трубам через контактные пластины. Коаксиальные на­греватели конструктивно просты, без­опасны и несложны в эксплуатации, но скорость и радиус оттаивания ими грун­та меньше, чем ТЭНами.

Оттаивание следует чередовать с тер­мосным выдерживанием. В частности, продолжительность первого периода про­грева составляет 6... 12 ч, термосное вы­держивание — 3...6 ч. Такой цикл (про­грев и термос) в зависимости от глубины промерзания и физико-механических свойств грунта повторяют 2—3 раза.

При производстве работ по оттаива­нию мерзлых грунтов рационально ме­жду нагревателями оставлять некоторые зоны непрогретого грунта с толщиной стенок, позволяющей их разработку не­посредственно экскаваторами. Это дает возможность сократить энергоемкость

оятаивания на 40...50 %. При ручной разработке необходимо, чтобы грунт от­таял полностью.