§ 4. Рыхление и разработка мерзлых грунтов

Для рыхления мерзлого грунта меха­ническим способом используются:

при разработке котлованов — машины ударного действия (динамические рых­лители), навесные (статические) рыхли­тели и землеройно-фрезерные машины, баровые машины для нарезки мерзлых грунтов на блоки;

при разработке траншей — машины ударного действия, дисковые экска­ваторы и фрезерные машины, баро­вые машины, роторные и цепные экскаваторы со специальным рабочим оборудованием, а при небольших объе­мах — сменное рабочее оборудование на гидравлических экскаваторах (пневмо-молоты и гидромолоты);

при планировке площадки — навесные (статические) рыхлители, машины удар­ного действия, а при малых объемах ра­бот — сменное рабочее оборудование на гидравлических экскаваторах (пневмо-молоты и гидромолоты).

Разработка мерзлых грунтов машина­ми ударного действия. При разработке, котлована комплект машин может со­стоять из рыхлителя МНС-2 (машины непрерывного скола) и гидравлического экскаватора Э-3015А, оборудованного обратной лопатой с ковшом вместимос­тью 0,5 м³. Рабочие органы рыхлителя в виде двух клиньев при ударах по ним падающих грузов, двигающихся по на­правляющим, заглубляются в мерзлый грунт на глубину до 1,1 м, скалывая его. Ширина разрабатываемой полосы — от 1,5 до 3 м.

Имея задел разрыхленного грунта не менее чем на половину смены, включает-

ся в работу экскаватор, двигаясь вслед за машиной МНС-2 с постоянным интер­валом, что исключает смерзание раз­рыхленного грунта.

Грунт можно рыхлить дизель-молотом С-222 с клином, закрепленным на экска­ваторе Э-652Б, с последующей разработ­кой грунта экскаватором, оборудован­ным прямой или обратной лопатой (рис. II 1.23, а).

При сравнительно небольших по объ­ему котлованах и траншеях грунт рых­лят с помощью навесного оборудования одноковшовым экскаватором в виде мо­лотов свободного падения. Молот может иметь форму шара, действующего по принципу дробления, или клина, скалы­вающего грунт. Производительность экс­каватора, работающего с клин- или шар-молотом, не превышает 60 м³ мерзлого грунта за смену. Недостатком рыхления грунтов этим способом является чрез­мерный расход стальных канатов и повы­шенные нгжелательные динамические на­грузки на узлы экскаватора.

В последние годы динамические рых­лители вытесняются гидромолотами (ГПМ-120, СП-71, СП-62 и др.), навеши­ваемыми в качестве сменного рабочего оборудования на гидравлические экска­ваторы. Гидромолотами можно рых­лить не только мерзлые, но и скальные грунты, асфальтобетонные покрытия и т. п. Мерзлый грунт разрабатывается слоями толщиной 40...60 см при про­изводительности от 5...6 до 20...25 м³/ч (в зависимости от типа гидромолота).

Разработка мерзлых грунтов статиче­скими рыхлителями. В последние годы стали применять сменное навесное обо­рудование ЭРМГ-1 и ЭРМГ-2 (экскава­торные рыхлители мерзлого грунта од­ностороннего и двухстороннего дей­ствия). Это гидравлические механизмы захватно-клещевого типа статического действия, которые впервые в практике

выполнения земляных работ позволили совместить операции по рыхлению мерз­лого грунта с обычной экскавацией.

Отсутствие ударно-динамических воздействий на грунт позволило исполь­зовать гидравлические экскаваторы ЭО-4121 с навесным оборудованием ЭРМГ-1 и ЭРМГ-2 в самых разнообраз­ных условиях, практически охватывая всю номенклатуру земляных работ, спе­цифичных для строительства в стеснен­ных условиях, вблизи действующих под­земных коммуникаций, наземных строе­ний и предметов (деревья, столбы и т. п.). Опыт эксплуатации экскаваторов ЭО-4121 со сменным навесным оборудо­ванием ЭРМГ-1 и ЭРМГ-2 показал их высокую эффективность не только при разработке мерзлых грунтов, но и на выполнении специальных работ: раз­рушении монолитных бетонных соору­жений и асфальтобетонных дорожных по­крытий, снятии и укладке дорожных плит, разборке конструкций старых зданий при сносе, выполнении погру-зочно-разгрузочных работ с длинномер­ными и другими грузами (бревна, трубы и т. д.) без применения дополнительных грузоподъемных средств.

Рис. III.23. Схемы рыхления и разработки мерзлого грунта:

а — разработка экскаватором с предварительным рыхление» мерзлого слоя дизель-молотом; б — то же, с рез­кой на полосы многоковшовым экскаватором, оборудованным режущими цепями — барами; в — подготовка мерзлого грунта к разработке навесным тракторным рыхлителем; г — схема механического рыхления грунтов навесным рыхлителем; д — мелкоблочный способ разработки прямой лопатой; е — то же, обратной лопатой для траншей; ж — то же, для котлована; з — крупноблочный способ разработки е использованием кранов; и —' то же, с помощью тракторов; / — экскаватор Э-652Б; 2 — дизель-молот; 3 — мерзлый грунт; 4 — недобран­ный грунт; 5 — шаги передвижки; 6 — места стоянок экскаватора; 7 — многоковшовый экскаватор; 8 — та­лый грунт; 9 — участок, подготовленный к экскавации; 10 — подготавливаемый участок (нарезка щелей); 11 — ненарезанные щели в мерзлом грунте; 12 —■ начало рыхления; 13 — навесной тракторный рыхлитель; J4 — диагональные проходки; IS — продольные проходки; 16 — неразрушенный грунт после первой проход­ки рыхлителя (ft₉ — эффективная, ft_g — максимальная глубина рыхления); 17 — строительный кран; 18 —

клещевой (фрикционный) захват; 19 — трактор

В настоящее время на строительстве объектов используются мощные навесные тракторные рыхлители не только отечественного (на базе трактора ДЭТ-250М), но и зарубежного производ­ства (фипмы «Катерпиллар», «Комацу» и др.) После освоения выпуска на Че­боксарском заводе промышленных трак­торов с двигателем мощностью 370 кВт (Т-500) и более, оснащенных навесными статическими рыхлителями, этот способ рыхления мерзлых и трещиноватых скальных грунтов будет одним из пре­обладающих в строительстве.

Расстояние между проходками (ряда­ми) статического рыхлителя с_х (рис. III. 23, г) определяют в зависимости от размеров максимальных мерзлых кус­ков не более /_д:

С! = /_д + Ь,

где Ъ — ширина нижней части прорези, которая зависит от ширины наконечника рыхлителя b_t и степени трещиноватости пород. Для мерзлых грунтов Ь = (1,5... ...2) V Глубину заглубления зуба рыхлителя

Н₃ принимают в зависимости от свойств грунта и мощности бульдозера (до 0,8... ...1,2 м); при Л_Пр < Лд рыхление «роив-водят одним слоем, а при Нщ, > h_a — послойно.

Глубина эффективного рыхления мерз­лого грунта при параллельных проходках рыхлителя

/г_эф = kyh₃ — 0,5 (q — b) tg a,

где k_x = 0,75...0,9 — коэффициент, учи­тывающий форму поперечного сечения прорези; h₃ — заглубление зуба рыхли­теля, м; а — угол расширения прорези (обычно 45...60°).

При перекрестных (под углом 60...90") проходках рыхлителя с расстоянием меж­ду смежными проходками с₂ = (1,2... 1,5) с_х глубина эффективного рыхления А^> — = h₃. Перекрестные проходки выпол­няются в тех случаях, когда размеры кусков при параллельных проходках превышают /_д или не обеспечивается тре­буемая глубина эффективного рыхления.

Разработка мерзлых грунтов блоками заключается в том, что монолитность мерзлого грунта нарушается с помощью нарезки его на блоки (полосы) землерой­ными машинами ДФМ-ГПИ-50, ЭТ-352, БЭТУ, ЭР-4, ЭТН-251 или тракторами (Т-100, Т-130, «Беларусь» и др.), обо­рудованными дисковыми пилами или барами (рис. III.23, б).

Мелкоблочный метод разработки мерз­лых грунтов целесообразен при устрой­стве небольших котлованов и траншей (вводов), при работе в стесненных усло­виях с погрузкой грунта в автотранспорт или укладкой в отвал. Для погрузки мерзлых блоков и разработки талого грунта применяют экскаваторы, обору­дованные прямой лопатой с ковшом вместимостью 0,65 м³ и более (рис. III. 23, д).

При глубине промерзания до 1,3 м траншеи и котлованы можно разрабаты­вать обратными лопатами с ковшом вме­стимостью 0,65 м³ и выше при условии нарезания полос через 0,4...0,5 м баровой машиной. При ширине траншеи до 2 м достаточно сделать только продольные прорези вдоль траншеи; при большей ширине выполняют и поперечные про­рези под углом 30°, нарезая при этом блоки в виде ромбов. При рытье котло­ванов полная площадь разрабатывается

несколькими торцовыми проходками (рис. 111.23, е, ж).

Крупноблочный метод рекомендуется для разработки небольших котлованов в мерзлых грунтах, а также вблизи зда­ний, когда недопустимо сотрясение грун­та, неизбежное при ударном и вибро­ударном рыхлении мерзлого грун­та.

При этом методе блоки массой 4... 10 т отрываются и сдвигаются от талого ос­нования бульдозерами (рис. II 1.23, и), затем погружаются кранами в самосвалы со снятым задним бортом (рис. III.23, з). Отрыв блоков от талого грунта облег­чается внецентренностью их строповки клещевыми захватами. Подъем блоков можно производить через несколько смен после нарезания щелей, поскольку раз­рыв между блоками не смерзается.

Выемку разбивают на две захватки: на первой нарезают щели однобаровой машиной, на второй убирают краном блоки и подчищают бульдозером осно­вание.

Взрывной способ рыхления мерзлых грунтов наиболее эффективен при глу­бине промерзания свыше 0,8 м. Рыхле­ние обычно ведется с использованием шпуровых и щелевых зарядов и, реже,— скважинных (при п_пр > 2 м), котловых и мелкокамерных зарядов.

Разрабатываемую выемку делят на захватки: на первой разрыхленный грунт разрабатывают экскаватором; на второй, где грунт также разрыхлен, работы согласно условиям безопасности не производят; на третьей ведут буровые и взрывные работы.

Технология рыхления мерзлых грун­тов с применением шпуровых и щелевых зарядов описана в разд. IV, гл. 2, § 4.

При обратной засыпке котлованов и траншей в зимнее время пазухи между стенками котлована и возведенными в нем фундаментами надо засыпать грун­том, содержащим мерзлых комьев не более 15 % общего объема засыпки; за­сыпать пазухи внутри зданий мерзлым грунтом запрещается.

При прокладке трубопроводов тран-' шею на 0,5 м выше трубы засыпают |немерзлым (талым) грунтом. Верхнюю I часть траншеи можно засыпать мерзлым грунтом, не содержащим комьев разме­нами более 5... 10 см. Для засыпки тран-

шей в пределах проездов с твердым по­крытием применять мерзлый грунт нельзя.