Искусственное закрепление грунтов

Искусственное закрепле­ние грунтов представляет собой совокупность воздействий, в результате которых повышается прочность грунта; он становится неразмываемым, а в некоторых случаях и водонепроницаемым. Закрепление грунтов применяют при создании вокруг разрабатываемых выемок во­донепроницаемых завес или повышения несущей способ­ности грунтовых оснований. В зависимости от физико-меха­нических свойств грунта, его состояния, требуемой степени и назначения закрепления применяют замораживание, цементацию, битумизацию, химический, термический, электрический, электрохими­ческий и другие способы искусственного закрепления грунтов.

Замораживание грунтов применяют в сильно водонасыщенных грунтах (плывунах) при разработке глубоких выемок. Для этого по периметру котлована погружают замораживающие колонки из труб, соединенных между собой трубопроводом, по которому нагнетают специальную жидкость —рассол (растворы солей с низкой темпе­ратурой замерзания), охлажденный холодильной установкой до —20... —25°С. Рассол в холодильной установке охлаждают так называемыми хладоагентами —аммиак, реже углекислота (ди­оксид углерода). Охлаждающие иглы состоят из наружных труб, закрытых и заостренных снизу, и внутренних, вставленных в них коаксиально и открытых снизу. Рассол поступает во внутреннюю трубу, а в нижней части колонки переходит в наружную трубу, по которой поднимается вверх, после чего направляется к следующей колонке. Окружающий грунт замерзает концентрическими цилиндрами с постепенно увеличивающимися диаметрами. Эти цилиндры смер­заются в сплошную стенку мерзлого грунта, которая выполняет функцию конструкции охлаждения временной выемки. Расстояние между колонками зависит от гидрогеологических и температурных условий производства работ, глубины выемки и назначается в среднем от 1,5 до 3 м.

Цементация и битумизация заключаются в инъецирований со­ответственно цементного раствора или разогретых битумов. Их применяют для пористых грунтов с высоким коэффициентом филь­трации.

Термическое закрепление применяют для лёссовых грунтов. Оно реализуется в результате обжига раскаленными газами, нагнетаемы­ми через скважину в поры фунта. Газы образуются при сжигании жидкого или газообразного топлива, подаваемого в толщу грунта вместе с воздухом через жаропрочные трубы в заранее пробуренную скважину.

Разработка грунта механическим методом

Механический метод основан на применении для разработки, перемещения и укладки грунта машин и механизмов. Ведущим процессом в данном комплексе является разработка грунта. При механическом способе разработки на грунт действует усилие резания (скалывания) рабочего органа различных машин. В результате определенные порции грунта отделяются от массива и могут быть перемещены и уложены в насыпь. Если машина только разрабаты­вает грунт, то она носит название землеройной. Если машина разрабатывает и перемещает грунт, то она называется землеройно-транспортной.

1. Разработка грунта землеройными машинами. К землеройным машинам относят одноковшовые экскаваторы цикличного и непре­рывного действия. Наибольшее применение имеют одноковшовые экскаваторы, которыми выполняется около 45% всего объема зем­ляных работ.

Для разработки грунта одноковшовыми экскаваторами в строительстве используют экскаваторы с ковшом вместимостью 0,15... 2 м³, реже до 4 м³.

Процесс разработки грунта экскаватором с любым видом рабо­чего оборудования складывается из чередующихся в определенной последовательности операций в одном цикле: резание грунта и заполнение ковша, подъем ковша с грунтом, поворот экскаватора вокруг оси к месту выгрузки, выгрузка грунта из ковша, обратный поворот экскаватора, опускание ковша и подача его в исходное положение. Предельные размеры выемок, которые могут быть выполнены одноковшовым экскаватором с одной стоянки, зависят от его рабочих параметров.

Основными рабочими параметрами одноковшовых экскавато­ров при разработке выемок являются максимально возможная высота копания +Н, глубина копания (резания) — Н, наибольший и наименьший радиусы копания на уровне стоянки экскаватора и радиус выгрузки , высота выгрузки .

Разработку грунта одноковшовыми экскаваторами ведут позиционно. Зону, в которой действует экскаватор на данной позиции, называют забоем. В нее входят площадка, на которой находится экскаватор, часть массива грунта, разрабатываемого с одной стоян­ки, и площадка, на которой устанавливается транспорт под погрузку или размещается отвал грунта. По окончании разработки грунта в данном забое экскаватор перемещается на новую позицию.

Экскаватор и транспортные средства должны быть расположены в забое таким образом, чтобы средняя величина угла поворота экскаватора от места заполнения ковша до места его выгрузки была минимальной, так как на время поворота стрелы может расходо­ваться до 70% рабочего времени цикла экскаватора.

Экскаватор с прямой лопатой используют для разработки грун­тов, расположенных выше уровня стоянки экскаватора, преимуще­ственно с погрузкой на транспорт. Процесс выемки грунта осуществляется лобовыми и боковым забоями.

В лобовом забое экскаватор разрабатывает грунт впереди себя и отгружает его на транспортные средства, которые подают к экскаватору по дну забоя. Разработка выемок способом лобового забоя затрудняет работу транспорта. Кроме того, средний угол поворота платформы экска­ватора для погрузки грунта в транспортные средства, особенно при работе в узких забоях, может достичь 180°, что увеличивает время рабочего цикла и снижает производительность экскаватора. Поэтому способ лобового забоя используют ограниченно. Более эффективным является разработка грунта способом боко­вого забоя когда экскаватор черпает грунт преимуще­ственно с одной стороны перемещения и частично впереди себя. По этой схеме транспорт подается под погрузку сбоку выработки, чем достигается значительное уменьшение угла поворота стрелы экскаватора при погрузке грунта в транспортные средства. В боко­вых забоях транспортные пути проходят параллельно оси переме­щения экскаватора и, как правило, на уровне его стоянки. Выемки, глубина которых превышает максимальную высоту забоя для данного типа экскаватора, разрабатывают в несколько ярусов.

Экскаватор с обратной лопатой используют при разработке грунтов, которые находятся ниже уровня стоянки экскаватора, и преимущественно при рытье небольших котлованов и траншей. Поярусная разработка выемки при этом виде оборудования, как правило, не практикуется. Разработку грунта ведут ниже уровня стоянки экскаватора лобовым или боковым забоем с погрузкой грунта в транспортные средства или укладкой в отвал.

Экскаватор-драглайн применяют для разработки грунтов, рас­положенных ниже уровня стоянки экскаватора: для рытья глубоких котлованов, широких траншей, возведения насыпей, разработки фунта из-под воды и т. п. Их применяют также для отделочных земляных работ при планировке площадей и зачистке откосов. Преимуществами драглайна являются большие радиусы действия (до 10 м) и глубина копания (до 12 м). Особенно эффективно разрабатывать драглайном мягкие и плотные грунты, в том числе обводненные. Разработку грунта драглайном осуществляют лобовыми и боко­выми проходками аналогично экскаватору «обратная лопата». Драг­лайн обычно передвигается между очередными стоянками на 1/5 длины стрелы.

Экскаватор-грейфер при­меняют для рытья колодцев, узких глубоких котлованов, траншей и других сооруже­ний, особенно в условиях разработки фунтов ниже уровня фунтовых вод.

Одноковшовыми экскаваторами отрывают котлованы и траншеи на глубину, несколько меньшую проектной, оставляя так называе­мый «недобор» слоем 5... 10 см для того, чтобы избежать повреж­дения основания и не допускать переборов грунта. Для повышения эффективности работы экскаваторов применяют скребковый нож, насаженный на ковш экскаватора. Это приспособление позволяет механизировать операцию по зачистке дна котлованов и траншей и вести их с точностью до ±2 см, что исключает необходимость ручных доработок.