KURS_LEKTsIJ_razdel_2-1

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

поднимающих и перемещающих грунт посредством ковшей или черпаков. Они используются на твердых грунтах V—VI класса, где землесосные земснаряды не дает необходимой производительности. В свою очередь землечерпальные снаряды подразделяются на:

1.Одночерпаковые штанговые, представляющие собой одноковшовый экскаватор, установленный на понтоне;

2.Одночерпаковые грейферные, представляющие собой подъемный кран, оборудованный грейфером;

3.Многочерпаковые, представляющие собой машину непрерывного действия, с черпаками, закрепленными на бесконечной цепи, натянутой между двумя барабанами, подающими грунт на серию ленточных транспортеров.

на берег.

По методу рабочих перемещений земснаряды разделяют на:

1.Самоходные — осуществляют рабочие перемещения с помощью судового движителя (оснащенные волочащимися пульпоприёмниками);

2.Якорные — осуществляют рабочие перемещения на рабочих якорях;

3.Свайно-якорные — с помощью якорей и закольных свай;

4.Свайные — перемещаются только с помощью свай;

По способу работы земснаряды делятся на:

1.Работающие траншейным способом — земснаряд движется вдоль разрабатываемого участка (в основном землесосные);

2.Работающие папильонажным способом — земснаряд движется поперёк разрабатываемого участка (многочерпаковые, землесосные с механическим разрыхлителем);

Укладка (намыв) грунта происходит в результате оседания частиц грунта из пульпы, когда скорость движения ее становится ниже критической величины. Возводимую насыпь разбивают в плане на картызахватки, на которых поочередно выполняют намыв грунта и подготовительные работы к намыву следующего слоя. По контуру очередной карты бульдозером возводят земляной вал на высоту намываемого слоя пульпы и наращивают установленный ранее в

пределах карты водосбросный (дренажный) колодец с выпускной трубой.

При эстакадном способе подачи пульпы магистральный пульпопровод на участке намыва размещают на эстакаде, превышающей по высоте возводим ую

61

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

насыпь, и выдают из него пульпу поочередно на карты намыва. При наземном способе магистральный пульпопровод укладывают вдоль основания возводимой насыпи (с одной или двух сторон в зависимости от ее размеров и местных условий рельефа). Через каждые 20...30 м на трубопроводе устанавливают специальные выпускные патрубки, через которые пульпа поступает на карту намыва.

Возведение насыпей методом намыва обеспечивает значительную плотность грунта, в связи с чем к искусственному уплотнению грунта не прибегают, а придают насыпи небольшой (1,5% при суглинистых и супесчаных и 0,75% при песчаных грунтах) запас высоты на последующую усадку.

16. Разработка грунта взрывным способом

В земляных работах разработка грунта взрывным способом основывается на использовании энергии избыточного давления газов, которые практически мгновенно образуются при химических превращениях взрывчатых веществ.

Таким способом рыхлят в основном скальные породы с последующей их разработкой специализированной техникой. Взрывной способ используют в земляных работах для возведения земляных насыпей и перемычек, при создании выемки для котлованов и дорог. А, также, дробят мерзлый грунт, валуны, корчуют пни, валят деревья и уплотняют грунты.

Для непосредственного проведения взрывных работ взрывчатые в ещества формируют в заряды. Их объединяют в группы по таким признакам:

1.Место расположения. Заряды могут быть наружными (накладными) (т.е. располагаться на поверхности разрушаемого объема) и внутренними (т.е. располагаемыми внутри разрушаемого объема) (в шпурах, скважинах, рукавах, камерах и др.).

2.Форма заряда. Сосредоточенные (в виде куба, шара или цилиндра), плоские

иудлиненные. Разные формы необходимы при разных назначениях взрыва и методах его выполнения.

3.Действие, оказываемое на грунт: заряды выброса, рыхления и камуфлеты. При взрыве на выброс в фунте образуется конусообразное углубление -

воронка. Грунт, выброшенный взрывом, под действием силы тяжести падает частично в воронку и частично вокруг нее. В земляных работах разработка грунта взрывным способом включает в себя еще и методы шпуровых зарядов. Этот метод заключается в выбуривании шпуров в породе, в которые помещаются заряды взрывчатых веществ. Мелкошпуровый метод и метод глубоких шпуров различаются по глубине шпуров. Метод скважинных зарядов заключается в том, что заряды размещают в скважинах диаметром до 30 см и глубиной до 30 м. Скважины в этом случае бурят ниже подошвы забоя на глубину 1-2 метра, что усиливает эффект действия взрыва. Заряды для этого метода применяются удлиненные, сплошные и прерывистые с электрическими взрывателями.

62

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

Производство взрывных работ связано с определенной опасностью, требует правильных расчетов зарядов, а также специально обученного персонала, имеющего право на руководство взрывными работами (инженернотехнические работники) и выполнение их (рабочие). Поэтому в строительстве взрывными работами занимаются, как правило, специализированные организации.

17. Производство земляных работ в зимних условиях

зонах с продолжительной и суровой зимой. Строительство осуществляется круглогодично, поэтому около 15% общего объема земляных ра бот приходится выполнять в зимних условиях при мерзлом состоянии грунта. При замерзании грунта его механическая прочность возрастает и разработка затрудняется: значительно возрастает трудоемкость разработки грунта - ручных работ в 4...7 раз, механизированных в 3...5 раз, ограничивается применение некоторых механизмов - экскаваторов, бульдозеров, скреперов, грейдеров, в то же время некоторые выемки зимой можно выполнять без откосов. Иногда отпадает необходимость в шпунтовых ограждениях, практически всегда в водоотливе. В зависимости от конкретных местных условий используют следующие методы разработки грунта:

предохранение грунта от промерзания с последующей разработкой обычными методами;

оттаивание грунта с разработкой его в талом состоянии;

разработка грунта в мерзлом состоянии с предварительным рыхлением;

непосредственная разработка мерзлого грунта.

Предохранение грунта от промерзания

Этот метод основан на создании заблаговременно до наступления устойчивых отрицательных температур, на поверхности участка, намеченного к разработке в зимнее время, термоизоляционного покрова с предварительным отводом с утепляемого участка поверхностных вод. Применяют следующие способы

63

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

устройства термоизоляционного покрытия: предварительное рыхление грунта, вспахивание и боронование грунта, перекрестное рыхление, укрытие поверхности грунта утеплителями и др.

Предварительное рыхление грунта на участке, предназначенном для разработки в зимних условиях, а также вспахивание и боронование осуществляется накануне наступления зимнего периода При рыхлении поверхности грунта верхний слой приобретает рыхлую структуру с заполненными воздухом замкнутыми пустотами, обладающими достаточными теплоизоляционными свойствами. Вспашку производят тракторными плугами или рыхлителями на глубину 30...35 см с последующим боронованием на глубину 15...20 см. Такая обработка в сочетании с естетвенно образующимся снеговым покровом отдаляют начало промерзания грунта на 1,5 месяца, а на последующий период уменьшают общую глубину промерзания примерно на треть. Снеговой покров может быть дополнительно увеличен перемещением снега на участок бульдозерами или автогрейдерами или установкой перпендикулярно направлению преобладающих ветров ветров нескольких рядов снегозащитных заборов из решетчатых щитов размером 2х2 м при расстоянии между рядами 20...30 м.

Глубинное рыхление производят экскаваторами на глубину 1,3…1,5 м с перекидкой разрабатываемого грунта на участке, где в последующем будет располагаться земляное сооружение.

Перекрестное рыхление поверхности производится на глубину 30...40 см, второй слой которого располагается под углом 60...90°, а каждая последующая проходка выполняется с нахлестом в 20 см. Такая обработка, включая снежный покров, отодвигает начало замерзания грунта на 2,5…3,5 мес, резко снижается общая глубина промерзания.

Предварительная обработка поверхности грунта механическим рыхлением особенно эффективна при последующем утеплении этих участков.

Для укрытия поверхности грунта утеплителями используют недорогие доступные местные материалы – листовой опад, сухой мох, торфяная мелочь, соломенные маты, стружки, опилки, снег. Наиболее простой способ - укладка таких утеплителей толщиной слоя 20...40 см непосредственно на грунт. Этот тип поверхностного утепления применяют в основном для небольших по площади выемок.

Укрытие с воздушной прослойкой. Более эффективным является использование местных материалов в сочетании с воздушной прослойкой. Для этого на поверхности грунта раскладывают лежни толщиной 8...10 см, на них горбыли или другой подручный материал - ветки, прутья, камыши; по ним сверху насыпают слой опилок или древесных стружек толщиной 15...20 см с предохранением их от сдувания ветром. Такое укрытие особенно эффективно в условиях центральной России, оно фактически предохраняет грунт от промерзания в течение всей зимы. Целесообразно площадь

64

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

укрытия (утепления) увеличивать с каждой стороны на 2...3 м, что предохранит грунт от промерзания не только сверху, но и сбоку.

С началом разработки грунта вести его надо быстрыми темпами, сразу на всю необходимую глубину и небольшими участками. Утепляющий слой при этом нужно снимать только на разрабатываемой площади, в противном случае при сильных морозах будет быстро образовываться мерзлая корка грунта, затрудняющая производство работ.

Метод оттаивания грунта с разработкой его в талом состоянии

Оттаивание происходит за счет теплового воздействия. Этот метод отличается высокой трудоемкостью и значительными энергетическими затратами. Применяется в редких случаях, когда другие методы недопустимы или неприемлемы - вблизи действующих коммуникаций и кабелей, в стесненных условиях, при аварийных и ремонтных работах.

Способы оттаивания классифицируются по направлению распространения тепла в грунте и по применяемому теплоносителю (сжигание топлива, пар, горячая вода, электричество).

По направлению оттаивания все способы делятся на три группы.

Оттаивание грунта сверху вниз. Прогрев ведется в вертикальном направлении от дневной поверхности вглубь грунта. Способ наиболее прост, практически не требует подготовительных работ, наиболее часто применим на практике, хотя и наиболее энергозатратен, так как источник тепла размещается в зоне холодного воздуха, неизбежны значительные потери энергии в окружающее пространство.

Оттаивание грунта снизу вверх. Тепло распространяется от нижней границы мерзлого грунта к дневной поверхности. Способ наиболее экономичный, так как оттаивание происходит под защитой мерзлой корки грунта и теплопотери в пространство практически исключены. Тепловая энергия может быть сэкономлена за счет оставления верхней корки грунта в промерзшем состоян ии: она имеет наиболее низкую температуру, поэтому требует бόльших затрат энергии на оттаивание. Этот тонкий слой грунта в 10... 15 см будет разработан экскаватором: для этого вполне хватит мощности машины. Главный недостаток этого способа в необходимости выполнения трудоемких подготовительных операций, что ограни - чивает область его применения.

Радиальное оттаивание грунта занимает промежуточное положение между двумя предыдущими способами по расходу тепловой энергии. Тепло распространяется в грунте радиально от вертикально установленных прогревающих элементов, но для того, чтобы их установить и включить в работу требуются значительные подготовительные работы.

Для выполнения оттаивания грунта по любому из трех перечисленных выше способов необходимо предварительно очистить участок от снега, чтобы не тратить тепловую энергию на его оттаивание и не переувлажнять грунт.

65

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

В зависимости от применяемого теплоносителя методы оттаивания подразделяют

на:

Оттаивание непосредственным сжиганием топлива. Если в зимнее время необходимо выкопать одну - две неглубоких ямы, самое простое решение - обойтись

Термоматы для прогрева грунта это полностью готовое устройство, имеющее пленочный нагреватель, теплоизоляцию, датчики регулировки температуры и грязеводонепроницаемую оболочку. Стандартные размеры термомата 1,2×3.2м, мощность от 400 до 500 Вт/м². Термоматы укладываются на подготовленную

достижении нижнего температурного порога (55-60°С). В таком режиме термоматы работают до их отключения от электросети. Практика показывает, что для прогрева грунта на глубину 60 см. необходимо от 20 до 32 часов.

66

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

Огневой способ применим для отрывки небольших траншей. Используется звеньевая конструкция из ряда металлических коробов усеченного типа, из которых легко собирается галерея необходимой длины, в первом из них устраивают камеру сгорания твердого или жидкого топлива (костер из дров, жидкое и газообразное топливо с сжиганием через форсунку). Тепловой поток перемещается к вытяжной трубе последнего короба, создающей необходимую тягу, благодаря которой горячие газы проходят вдоль всей галереи и грунт под коробами прогревается по всей длине. Сверху короба желательно утеплить – покрыть слоем талого грунт. После смены агрегат убирают, полосу оттаявшего грунта засыпают опилками, дальнейшее оттаивание продолжается за счет аккумулированного в грунте тепла.

Электропрогрев. Суть этого метода состоит в пропускании электрического тока через грунт, в результате чего он нагревается за счет нагрева содержащейся в нем воды

- электролита. Используют горизонтальные и вертикальные электроды в виде стержней или полосовой стали. Для начала процесса движения электрического тока между стержнями необходимо создать токопроводящую среду. Такой средой может быть талый грунт, если электроды заглубить в грунт до слоя талого грунта, или на поверхности грунта, очищенного от снега, насыпать слой опилок толщиной 15...20 см, смоченных 0,2...0,5% солевым раствором. Вначале смоченные опилки являются токопроводящим элементом. Под воздействием теплоты, генерируемой в слое опилок, верхний слой грунта нагревается, оттаивает и сам становится проводником тока. Под воздействием теплоты происходит оттаивание нижележащих слоев грунта. В последующем распространение тепловой энергии осуществляется в основном в толще грунта, опилочный слой только защищает обогреваемый участок от потерь тепла в атмосферу, слой опилок целесообразно накрыть рулонными материалами или щитами. Этот способ достаточно эффективен при глубине промерзания или оттаивания грунта до 0,7 м. Расход электроэнергии на отогрев 1 м3 грунта колеблется в пределах 150...300 кВт∙ч, температура нагретых опилок не превышает 80...90°С.

При оттаивании грунта полосовыми электродами , укладываемыми на поверхность грунта, очищенной от снега и мусора, по возможности выровненной, концы полосового железа отгибают кверху на 15…20 см для подключения к электропроводам. Поверхность отогреваемого участка покрывают слоем опилок толщиной 15…20 см, смоченных 0,2...0,5% раствором хлористого натрия или кальция. Так как грунт в промороженном состоянии не является проводником, то на первой стадии ток движется по смоченным раствором опилкам. Далее отогревается верхний слой грунта и оттаявшая вода начинает проводить электрический ток, процесс со временем идет вглубь грунта, опилки начинают выполнять роль теплозащиты отогреваемого участка. Опилки сверху обычно покрывают, пергамином, щитами, другими защитными материалами. Способ применим при глубине отогрева до 0,6...0,7 м, так как при больших глубинах напряжение падает, и грунты значительно

67

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

медленнее нагреваются. Расход электроэнергии колеблется в пределах 50...85 кВт∙ч на 1 м3 грунта.

Оттаивание грунта вертикальными электродами сверху вниз. Электроды представляют собой стержни из арматурной стали с заостренными нижними концами. При глубине промерзания более 0,7 м их забивают в грунт в шахматном порядке на глубину 20...25 см, а по мере оттаивания верхних слоев грунта погружают на большую глубину. При оттаивании сверху вниз необходимо систематически убирать снег и устраивать опилочную засыпку, увлажненную солевым раствором. Режим прогрева при стержневых электродах такой же, как и при полосовых. После отключения электроэнергии в течение 1 ... 2 суток глубина оттаивания продолжает увеличиваться за счет аккумулированного в грунте тепла под защитой опилочного слоя. Расход энергии при этом способе на 15...20% ниже, чем при способе горизонтальных электродов и составляет 40...75 кВт∙ч на 1 м3 грунта.

При прогреве вертикальными электродами снизу вверх пробуривают скважины и вставляют электроды на глубину, превышающую глубину промерзшего грунта на 15...20 см. Ток между электродами идет по талому грунту ниже уровня промерзания, при нагреве грунт отогревает вышележащие слои, которые также включаются в работу. При этом методе применять слой опилок не требуется. Расход энергии составляет 15...40 кВт∙ч на 1 м3 грунта.

Третий, комбинированный способ совмещает заглубление электродов в подстилающий талый слой грунта и устройство на дневной поверхности опилочной засыпки, пропитанной солевым раствором. Электрическая цепь замыкается поверху и понизу, оттаивание грунта происходит сверху вниз и снизу вверх одновременно. Так как трудоемкость подготовительных работ при этом способе самая высокая, то его применение может быть оправдано лишь в исключительных случаях, когда требуется ускоренное оттаивание грунта.

Оттаивание грунта теплоэлектронагревателями (ТЭН). Технология основана на передаче теплоты мерзлому грунту контактным способом. В качестве основных технических средств применяют электроиглы, представляющие собой стальные трубы длиной около 1м, диаметром до 50...60мм. Внутри иглы установлен нагревательный элемент, изолированный от корпуса трубы. Нагревательный элемент имеет контактные выводы для подключения к электрической цепи. Нагреваясь, он передает тепловую энергию стальному корпусу, а тот - мерзлому грунту. Электронагреватели рассчитаны на напряжение 220...380 В, силу тока 5 А и температуру нагрева 300...600 °С. ТЭНы включают в цепь электрического тока последовательно, опускают в заранее пробуренные шпуры диаметром до 50 мм и располагают в плане в шахматном порядке на расстоянии 0.5...1 м. Недостатки: необходимость тщательного обслуживания (постоянный надзор за работой) для исключения возможности поражения электрическим током, вследствие перегрева контактов. Незначительная площадь оттаивания. Необходимость организации

68

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

электроснабжения (стационарными или передвижными источниками, исходя из средней площади прогрева 16 м2 до 10-12 кВт/ч). Необходимость подготовительных работ (шурфы, расстановка ТЭНов). Длительный по времени период оттаивания - от 36 до 48 час. Преимущества: Относительно малые энергозатраты - исходя из средней площади прогрева 16 м2 на глубину 0,5 м составляют 240 кВт∙ч.

Разработка грунта в мерзлом состоянии с предварительным рыхлением

Рыхление мерзлого грунта с последующей разработкой землеройными и землеройно-транспортными машинами осуществляют механическим или взрывным методом.

Механическое рыхление мерзлого грунта с использованием современных строительных машин повышенной мощности приобретает все большее распространение. В соответствии с требованиями экологии, перед зимней разработкой грунта необходимо в осенний период снять бульдозером слой растительного грунта с намеченного для разработки участка. Механическое рыхление базируется на резании, раскалывании или сколе мерзлого грунта статическим или динамическим воздействием.

При динамическом воздействии на грунт осуществляется его раскалывание и рыхление гидромолотами и виброклыками

а б

Рис. Механическое рыхление мерзлого грунта с помощью гидромолота – а; виброзуб - б

а б в г

Рис. Оборудование для статического рыхленея мерзлого грунта: многозубый – а и однозубый - б рыхлители – насадки на рабочий орган экскаватора «обратная лопата»; в – усиленный (скальный) ковш; бульдозер, оборудованный навесными рыхлителями в процессе работы.

Статическое воздействие основано на непрерывном режущем усилии в мерзлом грунте специального рабочего органа - зуба-рыхлителя, который может

69

Курс лекций «Технологические процессы в строительстве»

быть рабочим оборудованием гидравлического экскаватора «обратная лопата» или быть навесным оборудованием на мощных тракторах.

Рыхление статическими рыхлителями на базе трактора подразумевает в качестве навесного оборудования специального ножа (зуба), режущее усилие которого создается за счет тягового усилия трактора. Машины этого типа рассчитаны на послойное рыхление грунта на глубину 0,3...0,4 м. Разрыхление грунта осуществляют параллельными послойными проходками через 0,5 м с последующими поперечными проходками под углом 60...90° к предыдущим. Перемещение разрыхленного грунта в отвал осуществляют бульдозерами. Целесообразно навесное оборудование крепить непосредственно на бульдозер и использовать его для самостоятельного перемещения разрыхленного грунта. Производительность рыхлителя 15...20 м3/ч.

Способность статических рыхлителей послойно разрабатывать мерзлый грунт дает возможность использовать их независимо от глубины промерзания грунта. Современные рыхлители на базе тракторов с бульдозерным оборудованием благодаря своим техническим возможностям находят широкое применение в строительстве. Это обусловлено их высокой экономичностью. Так, стоимость разра - ботки грунта с применением рыхлителей по сравнению с взрывным способом рыхления в 2...3 раза ниже. Глубина рыхления этими маши нами составляет 700...

1400 мм.

Рыхление мерзлых грунтов взрывом эффективно при значительных объемах разработки мерзлого грунта. Метод применяют преимущественно на незастроенных участках, и ограниченно застроенных - с использованием укрытий и локализаторов взрыва - тяжелых пригрузочных плит.

Взависимости от глубины промерзания грунта взрывные работы выполняют:

методом шпуровых и щелевых зарядов при глубине промерзания грунта до 2 м;

методом скважинных и щелевых зарядов при глубине промерзания свыше 2 м. Шпуры пробуривают диаметром 22...50 мм, скважины 90...110 мм, расстояние

между рядами принимается от 1 до 1,5 м. Щели на расстоянии 0,9…1,2 м одна от другой нарезают баровыми машинами. Из трех соседних щелей взрывчатое вещество помещается только в среднюю, крайние и промежуточные щели служат для компенсации сдвига мерзлого грунта во время взрыва и для снижения сейсмического эффекта. Заряжают щели удлиненными или сосредоточенными зарядами, после чего их сверху засыпают талым песком. При качественном выполнении подготовительных работ в процессе взрывания мерзлый грунт полностью дробится, не повреждая стенок котлована или траншеи.

Разрыхленный взрывами грунт разрабатывается экскаваторами или землеройно-транспортными машинами.

70