Способы разработки мерзлых грунтов реферат

Обновлено: 05.07.2024

Разработка грунта в зимних условиях значительно усложняется. Поэтому в зимних условиях применяют специальные меры для разработки грунта.

Предохранение грунта от промерзания

Применяют два способа: укрытие поверхности грунта термоизоляционными материалами; рыхление грунта.

а) укрытие поверхности грунта термоизоляционными материалами: древесные листья, стружки, опилки, шлак и другие укладывают слоями 20 40 см на грунт. Применяется при выполнении работ на небольших площадях;

б) вспахиванием грунта и боронованием. Сначала производится вспашка тракторными плугами или рыхлителями на глубину до 30 см, а затем боронование на глубину 20 см. После такой обработки верхний слой грунта становится рыхлым с замкнутыми пустотами, приобретая тем самым термоизоляционные свойства.

Предварительное рыхление мерзлого грунта с последующей разработкой

Механический способ рыхления. Применяют два вида воздействия: статический и динамический:

а) сущность статического воздействия заключается в том, что непрерывное режущее усилие в мерзлом грунте создается специальным рабочим органом – зубом трактора-тягача. Мерзлый грунт рыхлят послойно толщиной 0,3 0,4 м продольными и поперечными проходками с шагом 0,5 м. Производительность рыхлителя 15 20

Для статического рыхления используют гидравлический экскаватор, снабженный зубом-рыхлителем.

б) динамическое воздействие. Мерзлый грунт разламывают молотами свободного падения (раскалывание), молотами направленного действия (скол). Молоты свободного падения – шар-молот. Высота сбрасывания шара весом до 5 т – 6 8 м. Молоты направленного действия – дизель-молоты. Глубина разрушения грунта – до 1,3 м.

в) рыхление взрывом – рекомендуется при глубине промерзания до 1,5 м и более. Используют шпуровой или щелевой метод; при больших глубинах – скважинный или щелевой метод. Щели с шагом 0,9 1,2 м нарезают баровыми машинами, машинами фрезерного типа. Из каждых трех соседних щелей зарядами ВВ заряжается средняя, а крайние служат для компенсации сдвига мерзлого грунта и снижения сейсмического воздействия. В щели укладывают заряды удлиненные или сосредоточенные и заполняют песком.

Разработка мерзлого грунта

Используют два способа: блочный и механический.

а) блочный. Сущность состоит в том, что мерзлый грунт разрезают на блоки как правило по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Глубина прорезаемых щелей – 0,8 глубины промерзания; расстояние между щелями должно быть на 10 15 % меньше ширины зева ковша экскаватора. Используют экскаваторы с обратной лопатой емкостью ковша ? 0,5 м3.

б) механический. Механическое или комбинированное (сочетание с ударным, вибрационным) воздействие. Из за избыточного режущего усилия экскаваторы большой мощности емкостью ковша более 1 м3 разрабатывают мерзлый грунт.

Оттаивание мерзлого грунта

Применяемые способы подразделяют по направлению распространения и по виду теплоносителя.

По виду теплоносителя:

а) огневой способ, применяется для рытья небольших траншей. Используют звеньевой агрегат, который состоит из ряда металлических коробов, разрезанных по продольной оси усеченных конусов (рис. 5.3). В первом коробе находится камера сгорания твердого или жидкого топлива, а в последнем – вытяжная труба: последняя обеспечивает тягу и продукты сгорания, проходя вдоль цепочки коробов (галереи), прогревают находящийся под ней грунт. После прогрева, грунт засыпают опилками. Дальнейшее оттаивание происходит за счет аккумулированной в грунте теплоты.

Рис. 1. Звеньевой агрегат: 1 – камера сгорания; 2 – вытяжная труба; 3 – обсыпка талым грунтом

б) электропрогрев – пропуск электрического тока через мерзлый грунт электродами. Схема прогрева: горизонтальная и вертикальная.

Горизонтальная схема. Электроды стержневые и полосовые укладывают на поверхность грунта; концы отгибают на 15 20 см для подключения к проводам. Поверхность грунта накрывают опилками толщиной 15 20 см, смачивают солевым раствором. Слой опилок, первоначально являясь токопроводящим элементом, нагревается, и происходит отогрев верхнего слоя грунта. Этот способ применяется при глубине промерзания до 0,7 м. Расход электроэнергии на 1 м3 отогреваемого грунта – 150–300 МДж.

Вертикальная схема. Используются стержневые электроды. Используется при глубине промерзания до 2 м. Используют два направления прогрева: сверху вниз и снизу вверх.

При оттаивании сверху вниз электроды забивают на 20 30 см в мерзлый грунт; по мере оттаивания верхних слоев электроды погружают на большую глубину. При прогреве снизу вверх в начале бурят скважины в шахматном порядке (в плане) на глубину ниже глубины промерзания грунта на 10 20 см, а затем погружают электроды. Прогрев снизу вверх более эффективен, чем сверху вниз; при этом расход электроэнергии на 1 м3 грунта снижается в 2 3 раза.

в) паропрогрев, осуществляют с помощью паровых игл: металлическая труба диаметром 25 50 мм и длиной 2 м. Иглы соединены с паропроводом гибкими резиновыми шлангами с кранами. Иглы опускают в скважины на глубину 0,7 глубины оттаивания. Этот метод более дорогой, т. к. требует тепла на 1 м3 грунта в два раза больше, чем метод глубинных электродов.

г) оттаивание электронагревателями. Электронагреватели – это электроиглы: стальные трубы диаметром 50 мм и длиной 1 м, погружаемые в мерзлый грунт. Внутри иглы находится нагревательный элемент, изолированный от корпуса трубы. Нагреваясь, элемент передает тепло через стальной корпус мерзлому грунту.

В условиях современного круглогодичного строительства примерно 20% объема земляных работ разрабатывают в зимнее время. В связи повышенной прочностью мерзлых грунтов зимой в несколько раз увеличивается трудоемкость и стоимость их разработки. Без предварительной подготовки может разрабатываться грунт, промерзший на глубину до: 0,1 м 3 - скреперами и бульдозерами; 0,15 м 3 - экскаваторами-драглайнами; 0,25 м 3 - экскаваторами, оборудованными прямой лопатой, с ковшами вместимостью 0,5. 0,65 м; 0,4 м - то же, но более мощными экскаваторами. В остальных случаях грунт до разработки должен быть предварительно подготовлен одним из следующих способов: предохранением от промерзания; оттаиванием; рыхлением.

Предохранение от промерзания заключается в предварительной обработке или утеплении грунта до замерзания теплоизоляционными материалами. Для этого грунт после отвода поверхностных вод можно разрыхлять или вспахивать с боронованием на глубину до 0,35 м 3 , закрывать местными теплоизоляционными материалами (листва, хвоя, опилки и т.п.), а также устраивать снегозадержание.

Оттаивание грунта может осуществляться сверху вниз, снизу вверх и по горизонтальному направлению - радиально от нагревателя.

Наиболее простым (но дорогостоящим) является огневой способ (рис.1), при котором мерзлый грунт оттаивает сверху вниз благодаря сжиганию на поверхности замерзшего грунта под колпаком твердого или жидкого топлива. Для оттаивания 1 м мерзлого грунта расходуется примерно 130 кг торфа, 50 кг угля, 0,15 м 3 дров, 5 кг дизельного топлива.

а - огневым способом; б - паровыми иглами; в, г - горизонтальными и вертикальными электродами; 1 - камера сгорания; 2 - вытяжная труба; 3 - слой грунта (опилок); 4 - паропровод; 5 - колпак; 6 - скважина; 7 - паровая игла; 8 - электрод; 9 - трехфазная электросеть.

Также по направлению сверху вниз мерзлый грунт можно отогревать горизонтальными электродами. Для создания токопроводящих условий поверхность грунта покрывают опилками, смоченными в солевом растворе. Затем отогретый грунт становится проводником тока, а опилки способствуют сохранению тепла. Прогревание мерзлого грунта электротоком снизу вверх можно осуществить, если имеется возможность погрузить вертикальные электроды ниже уровня промерзания грунта.

Примером отогревания грунта в радиальном направлении может служить оттаивание паровыми иглами или электронагревателями. В первом случае пар, проходя между двумя трубами отдает тепло грунту через наружную трубу; во втором - внутри трубы располагают нагревательный элемент, который нагревает поверхность трубы.

Рыхление мерзлого грунта может осуществляться взрывным или механическим способом. Взрывание грунта производят только специально подготовленные рабочие-подрывники. Для этого в грунте пробуривают отверстия - шпуры или нарезают щели, в которые закладываются заряды взрывчатого вещества (ВВ).

Механическое рыхление мерзлого грунта может осуществляться статическим или динамическим воздействием. Пример статического воздействия - рыхление грунта бульдозерно-рыхлительными агрегатами. В качестве механизмов для динамического воздействия используют дизель-молоты, клин-молоты, машины ударного действия, а также навесное оборудование экскаватора (клин и шар-молоты) или гидравлические молоты (рис.2).

Рис.2. Рыхление мерзлого грунта

а - молотом свободного падения; б, в - то же дизель-молотом и гидромолотом; г, д- при глубине промерзания до и более 1,5 м; 1 - молот; 2 - экскаватор; 3 - мерзлый слой грунта; 4 - направляющая штанга; 5 - дизель-молот; 6 - гидромолот.

Кроме рыхления иногда мерзлые грунты режут на блоки с последующим их удалением тракторами или разработкой экскаваторами. Такой метод особо эффективен в тех случаях, когда недопустимо сотрясение грунта. В настоящее время многие компании предлагают свои услуги по аренде экскаваторов. Для нарезания блоков рекомендуются баровые машины с цепным рабочим органом, смонтированном на базе трактора.

Методы разработки грунтов, виды и разновидности. В целом, в этой статье предстоит поговорить именно о методах разработки грунтов, которые применяются в тех или иных случаях в зависимости от конкретных условий и местности. Также поговорим кратко о трамбовке и уплотнении грунтов и оснований в целом.

Основные методы и средства для разработки грунта

На сегодняшний день, с учётом современных технологий, разработка грунтов, то есть устройство выемок в почве, может выполняться следующими способами:

Механическим.
Гидромеханическим.
Взрывным.
Комбинированным.

Каждый из них по своему хорош или даже уникален, учитывая, что не всегда допустимо, к примеру, использовать взрывной или гидромеханический способ рытья в городской черте. Поэтому здесь оптимально применение исключительно механического способа. Ну, а в целом, дальше смотрите подробней, чем отличаются указанные способы друг от друга.

Гидромеханическая разработка грунта

Подобный метод изначально основывается на применении кинетической силы, точней энергии воды. Благодаря подобной энергии, удается не только разрабатывать грунт, но также его транспортировать и даже укладывать. Применение подобных методов оптимально в случаях, когда требуется переработать огромные объёмы грунтов. Также рационально применять при обустройстве различных насыпей и путепроводов, естественно при условии достаточной усадки. При этом не забывайте, что технологически использование подобного метода основывается на водных ресурсах, поэтому без них никуда. Сама технология включает такие процессы:

Размыв грунта.
Переход в пульпу (полужидкое состояние грунта).
Транспортировка.
Укладка (то есть намыв).

Разработка грунта механическим методом

Механический метод основывается на использовании в процессе разработки, а также в том числе транспортировки (перемещения) и укладки исключительно машины и прочие механизмы. Основным процессом технологии является разработка грунтов.

Разработка грунта землеройными машинами

К данному роду машинам можно смело отнести экскаваторы следующего типа:

одноковшовые;
многоковшовые;
фрезерные.

Довольно интересный момент, каждая из разновидностей также подразделяется на подвиды, к примеру, одноковшовые экскаваторы могут быть: драглайновыми, грейферами. Многоковшовые различаются на цепные и роторные.

Также нужно понимать различие в зависимости от устройства ходовой части. Различаются на:

Плюс определенная доля отличий наблюдается в системе управления, а именно:

электрические;
пневматические;
гидравлические.

Разработка грунтов в промышленных масштабах и объёмах выполняется экскаваторами с объёмом ковша от 0.15 до 4 кубических метров. В мелких работах соответственно задействуют меньшую технику.

Разработка грунта землеройно-транспортными машинами

Ну, а здесь ещё проще, техника используется следующих моделей:

Бульдозеры.
Грейдеры.
Скреперы.

Вся перечисленная техника относится к так называемому периоду циклического действия.

Разработка грунтов при помощи подобных машины применяется при необходимости выполнения планировки участка или территории, срезке растительности, возведения отсыпных насыпей и тому подобное. В том числе работы после экскаватора, который не смог переместить весь грунт. Вся эта техника доставляется на большегрузных прицепах и разгружается при помощи автокранов, что позволяет оперативно начать работы в любом месте. Отличными экземплярами отечественной техники славятся Ивановец и Челябинец, а купить её можно тут.

Укладка и уплотнение грунта

Укладка насыпей различного типа, а также уплотнение производится во время планировочных мероприятий и во время возведения насыпей, засыпке уже имеющихся траншей, создания фундаментов и прочего. Процессы уплотнения необходимы для того, чтобы повысить несущие способности почвы. То есть уменьшение сжимаемости, а также снижения водопроницаемости. Кстати, уплотнение может быть нескольких типов:

Но, касаемо технологии, в обоих случаях обязательно применяются механизмы в зависимости от уровня сложности и предназначения подготавливаемой территории.

Разделяют также следующие разновидности уплотнения грунтов:

Укатка.
Трамбование.
Вибрирование.

Но наиболее рациональным и оптимальным считается так называемый комбинированный метод, включающий в себя одновременное воздействие на грунт, к примеру, укатка и вибрирование.

Для создания равномерной территории отсыпанный заранее грунт разравнивается с помощью бульдозеров и прочих машин. Кроме того, не стоит забывать важный нюанс, что для сухих грунтов необходимо проводить дополнительное увлажнение территории, а для влажных, наоборот, осушать участок.

Вытрамбовывание грунта

Часто встречающийся процесс в горных местностях, где наблюдается просадка грунтов. Вытрамбовывание позволяет повысить прочностные характеристики участка. Зачастую такие участки представляют собой глиняные или песчаные местности, в том числе с повышенным уровнем водонасыщения.

Сам процесс вытрамбовывания осуществляется путем передачи ударной волны на выбранный участок. В результате проведенных работ наблюдается уплотненная зона почвы, в пределах которой исключается просадка. То есть в принципе на заданный период времени исключается дальнейшие просадочные процессы, прочность и плотность грунта повышаются.

Земляные работы

Земляные работы или переработка грунта входят в целом в процесс строительства. Включают в себя следующие составляющие:

Разработка грунтов.
Транспортировка.
По необходимости укладка и уплотнение.

Все виды подобных работ подразделяются на следующие подвиды:

Открытые.
Подземные.
Подводные.

Разница между ними понятна, и, думаю, объяснять не требуется.

В целом, комплекс работ сводится к тому, что нужно сделать выемку либо наоборот насыпь. В первом случае, когда речь заходит только о выработке грунта — это подготовка резервуара. Под насыпью подразумевают создание отвала, что по большому счету является отложным.

Разработка мерзлых грунтов

Разработка грунтов мерзлого типа отличается трудоемкостью и сложностью технологии. Подобные работы могут проводиться по следующим направлениям:

Прогревом почвы глубинными электродами.
Прогревом с помощью водяных или паровых циркуляционных игл.
Взрывом.
Механическим разрыхлением.
Ручным типом разработки.

В нашей стране с учётом огромного количества территорий подвергающимся холодному влиянию большее распространение получил именно механический способ разрыхления с использованием, соответственно, технических средств.

Для подобного рыхления используется ударная нагрузка такой техники, как экскаваторы или копры. Стрелы этой техники оснащаются специальными ударными инструментами, располагающимися на краях: шары, клинья или различные зубья.

Форма стрелы выбирается, исходя из особенностей грунта, фактора сопротивления. Плюс к этому, не маловажный нюанс, это масса используемого инструмента и сила удара. Если мы говорим о клиньях, то вес их зачастую порядка 4 тонн, вес же шаров немногим меньше.

Для обеспечения разработки мерзлых грунтов применяются следующие методы:

• предохранение от промерзания;

• непосредственная разработка мощными машинами;

• оттаивание мерзлых грунтов.

Предохранение от промерзания или уменьшение глубины промерзания производят с помощью увеличения пористости грунта путем: вспахивания грунта, утепления его теплоизоляционными материалами и внесением растворов с низкой температурой замерзания ( CaCl2, NaCl). Предохранение выполняют задолго до наступления холодов путем его вспахивания с боронованием, глубинного рыхления, укрытия утепляющими материалами и химической обработки.

Для вспахивания грунта применяют различные плуги с глубиной рыхления не менее 35 см и рыхлители с глубиной рыхления 50-70 см. Затем грунт боронуется на глубину 15-20 см. При глубоком рыхлении (на глубину 1,3 - 1,5 м) используют одноковшовые экскаваторы с ковшом вместимостью 0,4-0,65 м3, при этом грунт разрабатывается навымет и укладывается на место смежной (предыдущей) проходки.

В качестве утепляющих материалов используются местные материалы: сухие листья, торф, опилки, солома, камыш, шлак и др. Могут применяться и полимерные материалы: пленки, пенопласт и т.д. Иногда грунт перед вспахиванием подвергают химической обработке, т.е. прибегают к пропитке поверхностного слоя грунта хлористым кальцием и натрием, нитрит- нитратом натрия, которые понижают температуру замерзания воды в грунте (до -30°С).

Однако, когда грунт не удалось своевременно предохранить от замерзания, и по графику работ грунты необходимо разрабатывать в зимнее время, т.е. в мерзлом состоянии, то в этом случае приходится либо их оттаивать, либо разрабатывать в мерзлом виде с использованием рыхлителей.

Рыхление мерзлых грунтов применяют в случаях, когда их мощность превышает 40 см. Рыхление производят взрывами или механическим дроблением и резанием.

При малой глубине промерзания грунт рыхлят с помощью тракторных рыхлителей (до 0.7 м).. При большей глубине рыхление ведут сколом клиньями или дроблением ударами или дисковыми и баровыми щелерезными машинами, а также взрывным способом. (Рис.11.3, 11.3а).

Для рыхления мерзлого грунта механическим способом при разработке котлованов используют навесные (статические) рыхлители и землеройно-фрезерные машины, а также баровые машины (для нарезки мерзлого грунта на блоки), а при разработке траншей - дисковые экскаваторы, фрезерные и баровые машины; при вертикальной планировке площадки - навесные рыхлители. Эти машины работают обычно вместе с экскаваторами, которые разрабатывают как разрыхленный мерзлый, так и немерзлый (талый) грунт (Рис. 11.3.а).

Непосредственная разработка грунта без рыхления возможна при небольшой глубине промерзания до 0,25 м обычными мелкими экскаваторами, а при глубине до 0,4 м крупными строительными экскаваторами. Разработка грунта экскаваторами при отрицательных температурах затрудняется намерзанием грунта. Намерзание имеет место и в кузовах автосамосвалов. Это уменьшает полезную емкость ковша и кузова, увеличивает продолжительность погрузки и выгрузки. Ручная очистка очень трудоемка, поэтому применяют специальные меры:

• периодическая поливка ковшей и кузова растворами хлоридов;

• обмазка кузова смесью битума с отработанным маслом и покрытие сверху слоем раствора CaC2.

Для обогрева кузова применяются также выхлопные газы, которые пропускаются по каналам в днище кузова.

Основным условием успешной разработки грунта в зимних условиях и предотвращение его от замерзания является большая скорость и непрерывность разработки забоя. Слой снега следует убрать только перед непосредственной разработкой забоя.

Читайте также: