У будівництві із загального обсягу земляних робіт від 20 до 25% виконується в зимових умовах, при цьому частка грунту, що розробляється в мерзлому стані, залишається постійною - 10-15% зі зростанням з року в рік абсолютного значення цього обсягу. Отже, оптимізація технології земляних робіт в зимових умовах є суттєвим резервом підвищення ефективності будівельного виробництва.
У практиці будівництва виникає необхідність розробляти грунти, що знаходяться в мерзлому стані тільки в зимовий період року, тобто грунти сезонного промерзання, або протягом усього року, тобто вічній грунти.
Розробка вічній грунтів може проводитися тими ж способами, що і мерзлих грунтів сезонного промерзання. Однак при зведенні земляних споруд в умовах вічної мерзлоти необхідно враховувати специфічні особливості геотермічного режиму вічній грунтів і зміна властивостей ґрунтів при його порушенні.
При негативних температурах замерзання води, що міститься в порах грунту, істотно змінює будівельно-технологічні властивості нескельних грунтів. У мерзлих грунтах значно збільшується механічна міцність, в зв'язку з чим розробка їх землерийними машинами важко або взагалі неможлива без підготовки.
Глибина промерзання залежить від температури повітря, тривалості впливу негативних температур, роду грунту і ін.
У технологічному проектуванні для попередніх розрахунків глибина промерзання приймається за даними найближчої метеорологічної станції або довідника з питань клімату. У зимових умовах земляні роботи можуть проводитися: з попередньою підготовкою мерзлого грунту для розробки; з безпосередньою розробкою мерзлих грунтів у природному стані спеціально обладнаними для цієї мети машинами.
Попередня підготовка грунту для розробки виконується одним з наступних способів: запобіганням грунту від промерзання, розпушуванням мерзлого грунту, оттаиванием мерзлого грунту. Безпосередня розробка мерзлих грунтів може здійснюватися блоковим способом або землерийними машинами з робочим обладнанням, що руйнує мерзлий грунт у природному заляганні. Розробляти мерзлий грунт одноковшевими екскаваторами в залежності від ємності ковша допускається при товщині мерзлого шару від 0,25 до 0,4 м.
Зменшення глибини промерзання дозволяє скоротити додаткові витрати, пов'язані з виробництвом земляних робіт в зимовий час, і досягається створенням теплоізоляції на ділянці розробки або хімічним методом-просоченням грунту сольовими розчинами, що знижують температуру замерзання води в порах грунту. Грунт захищають від промерзання, якщо завчасно відомо місце розташування виїмки.
Розпушування вибухами - один з основних способів підготовки мерзлих грунтів для розробки екскаваторами. Цей спосіб дуже ефективний при глибині промерзання більше 1 м і великих обсягах робіт, виконуваних на знову освоюваних територіях або далеко від будівель і споруд.
Сутність вибухового способу розпушування полягає в дробленні мерзлого грунту енергією вибуху зарядів, розміщених в порожнинах, попередньо створених в грунті (шпури, свердловини, рукава, котли, щілини).
Заряд ВВ для розпушування мерзлого грунту може бути визначений розрахунком (див. Формули 1 і 2).
Механічне розпушування мерзлого грунту застосовують при глибині промерзання від 0,4 до 1,5 м і невеликих за площею виїмках траншей або котлованів.
Сутність механічного подрібнення полягає в дробленні або сколе мерзлого шару динамічним або статичним впливом, яке здійснюють змінним робочим обладнанням, що встановлюються на базовій машині (екскаваторі, тракторі та ін.). Динамічний вплив справляють ударним, вібраційним і виброударной способами.
При ударному способі використовують шар-молот або клин-молот, дизель-молот, клинові тракторні розпушувачі та ін.
Статичним впливом руйнування мерзлого грунту здійснюється безперервно робочим органом, що складається з одного або декількох (до 5) зубів, впроваджуваних в грунт при русі трактора (тягача).
При розпушуванні статичним впливом вартість і витрати праці на 1 м розробленого грунту нижче, ніж при ударному.
Відтавання мерзлих грунтів застосовують при незначних обсягах робіт, в умовах обмеженого простору, важкодоступних місцях і в тих випадках, коли неможливо використовувати економічніші і менш енергоємні способи. Суть методу відтавання полягає в тому, що теплота, передана в шар мерзлого грунту, розтоплює лід в його порах і звертає грунт в талое стан.
Способи відтавання класифікують: по виду енергії - на теплову, електричну, енергію хімічних реакцій; по виду теплоносія - на повітря, пар, воду; у напрямку розповсюдження теплоти в грунті.
Вогневої спосіб найменш економічний, але завдяки простоті знаходить застосування при аварійно-ремонтних роботах.
Хімічне відтавання мерзлих грунтів проводиться шляхом введення в грунт розчину хлористого натрію під дією якого розчиняються кристали льоду в порах мерзлого грунту, і його можна розробляти звичайними землерийними машинами.
Блоковий метод розробки передбачає розробку мерзлого грунту, монолітність якого порушена за допомогою розрізання його на блоки (смуги). Спеціалізованими машинами або навісним обладнанням нарізають щілини шириною від 5 до 15 см паралельними і пересічними проходками, а окремі блоки потім видаляють екскаватором, бульдозером або краном.
Виконання земляних робіт з попередньою підготовкою мерзлого грунту до розробки викликає значні ускладнення робіт і додаткові витрати. У зв'язку з цим ведеться інтенсивний пошук методів розробки і засобів механізації, що дозволяють розробляти мерзлий грунт у природному заляганні.
Для розробки мерзлого грунту без попередньої підготовки використовують землерийно-фрезерні машини, багатоковшеві і одноковшеві з дизельним двигуном екскаватори зі спеціальним робочим обладнанням, що забезпечує руйнування мерзлого грунту в процесі його екскавації (рис.1).
Рис.1. Технічні засоби для розробки мерзлих ґрунтів без попередньої підготовки
а - землерийна машина: 1 - трактор; 2 - система передачі і управління робочим органом; 3 - робочий орган машини (фреза); б - ківш екскаватора з активними зубами: 4 - ківш; 5 - зуб ковша; 6 - ударник; 7 - вібратор
Виробництво земляних робіт в зимових умовах пов'язано з додатковими витратами матеріально-технічних і енергетичних ресурсів, підвищенням вартості і трудомісткості робіт, тому необхідна ретельна розробка цього розділу в проекті виконання робіт (ППР).
При технологічному проектуванні повинні бути визначені послідовність і обсяг різного виду операцій з підготовки та розробці грунту на основі комплексної механізації всього процесу, що забезпечують мінімальні терміни виконання робіт, трудомісткість і витрати ресурсів. При розробці грунту в зимових умовах можуть бути застосовані різні технологічні схеми і комплекти машин. Раціональні схеми і комплекти вибирають для конкретного об'єкта і часу виконання робіт і виконують на основі всебічного аналізу техніко-економічних показників.
Технологічні схеми розробки ґрунту при різному поєднанні машин в комплекті залежать від виду земляної споруди, роду грунту, глибини промерзання, наявності матеріально-технічних ресурсів та ін. Окремі технологічні схеми з найбільш часто зустрічаються в практиці будівництва в зимових умовах представлені на ріс.2-4 .
Рис.2 Схеми розробки мерзлих ґрунтів з попередніми розпушуванням
а - розпушування клин-молотом; б - тракторним віброкліновим розпушувачем; 1 - автосамосвал; 2 - екскаватор; 3 - клин-молот; 4 - віброклін
Рис.3. Схеми розробки мерзлих ґрунтів блоковим способом
а, б - мелкоблочную способом; в, г - Великоблочні; 1 - видалення снігового покриву; 2, 3 - нарізка блоків мерзлого грунту барової машиною; 4 - розробка дрібних блоків екскаватором або бульдозером; 5 - розробка талого грунту; 6 - розробка великих блоків мерзлого грунту трактором; 7 - то ж, краном
Рис.4. Схеми розробки з хімічним оттаиванием грунту
а - з використанням рідкого хімічного реагенту: 1 - видалення снігового покриву; 2 - буріння шпурів; 3 - розлив розчину хімічного реагенту; 4 - розробка грунту; б - з попередніми "засоленням" грунту: 5 - зняття рослинного шару; 6 - розсипання солі; 7 - боронування грунту; 8 - розробка грунту
Ефективність розробки мерзлих ґрунтів залежить від вибору способу розробки, який, в свою чергу, залежить від обсягу робіт, параметрів земляного споруди, роду грунту, місцевих метеорологічних і гідрогеологічних умов, наявності матеріально-технічних і енергетичних ресурсів та ін.
Рішення про використання того чи іншого способу приймають на основі порівняння ряду технічно доцільних варіантів розробки грунту і аналізу їх техніко-економічних показників. Залежно від конкретних умов будівництва оптимізація вирішення зазначеного завдання може виконуватися по мінімуму одного або поєднання декількох параметрів: вартість, енерговитрат, термінів виконання робіт і т.д.
<<< назад