Архив рубрик: Без рубрики

Земляные работы зимой

При производстве земляных работ в зимних условиях решающее значение имеет быстрота разработки, транспортировки и укладки грунта в земляные сооружения. Для этого работы следует максимально концентрировать. При перерывах в работе днем и на ночь грунт в забое следует утеплять.

Основными причинами увеличения трудоемкости и удорожания зимних земляных работ являются:
а) повышение твердости грунта при замерзании и необходимость разрыхления его, оттаивания или предохранения от промерзания;
б) применение особых способов укладки грунта в насыпи и ограничения при этом в применении мерзлых глинистых грунтов, заключающих в себе большое количество воды и льда;
в) необходимость очистки от снега котлованов, траншей, насыпей и путей транспортирования грунта;
г) сильные морозы, снегопады и метели, понижающие производительность труда рабочих и машин;
д) весенний ремонт возведенных зимой насыпей.

Предохранение грунтов от промерзания
Участки, предназначенные к разработке во второй половине зимы, следует по возможности предохранять от промерзания.

Большие площади рекомендуется предохранять, создавая искусственный толщиной 1 —1,5 >м снеговой покров, что может быть достигнуто устройством нескольких перпендикулярных к направлению господствующих ветров рядов изгородей из специальных щитов (с расстоянием между рядами, равным 10—15 — кратной высоте изгороди) или снеговых валов с первоначальной высотой 0,4—0,5 м.

Площади, предназначенные к разработке и поросшие кустарником и мелким лесом, расчищают для лучшего снегозадержания Только перед началом работ.

Небольшие площадки следует предохранять укрывая их сухим торфом, листвой, хвоей и т. п. Защитный слой убирают постепенно, по мере необходимости в открытии площади для разработки.

В отдельных случаях применяют предварительное вспахивание грунта на глубину 15—25 см, что способствует образованию грунте заполненных воздухом пустот, защищающих грунт от промерзания.
Вспахивание грунта производят плугами, рипперами, боронами тяжелого типа.

Производство работ по устройству фундаментов в зимних условиях

Грунты оснований во избежание промерзания необходимо тщательно утеплять

При разработке котлованов не добирать до отметки заложения фундаментов на глубину, достаточную для предохранения основания от промерзания. Недобранный слой грунта выбирается непосредственно перед закладкой фундамента.

После закладки фундамента должны быть приняты меры по предохранению оснований от промерзания. Для этого следует пазухи засыпать талым грунтом, а со стороны подвалов фундаменты и стены подвалов утеплить шлаком или другими материалами.

Кладка фундаментов на замерзшее основание допускается только при непучинистых грунтах.
Камень перед укладкой в дело должен быть очищен от снега и наледи.

Песок, идущий на приготовление подогретого раствора, не должен содержать льда и смерзшихся комьев диаметром более 1 см. Температура известкового теста должна быть не ниже +5С; применение размороженного известкового теста запрещается.

Сооружение фундаментов из сборных бетонных и железобетонных блоков, камней правильной формы, из кирпича и постелистого бутового камня выполняют способом замораживания, применяя цементные, цементно-известковые и цементно-глиняные растворы.
Применение способа замораживания не допускается при возведении стен и столбов из бутобетона или рваного бутового камня и из бутовой кладки «под залив».

Бутовая кладка из рваного камня может выполчяться с применением цементных и сложных растворов марки не ниже 25, содержащих добавку хлористого кальция до 7% или хлористого натрия (поваренной соли) до 5% от веса цемента в растворе.
Для зимней кладки применяют растворы с подвижностью, определяемой погружением стандартного конуса:

• для кладки из кирпича и камней правильной — фермы — на 70—100мм; 
• для бутовой кладки без применения, вибрирования — на 50 — 60 мм;
• для бутовой кладки с вибрированием — на 20—30 мм.

Марку раствора принимают: для кладки из кирпича и камней правильной формы: фундаментов не менее 10, столбов не менее 25; для кладки из бута: фундаментов и стен не менее 25, столбов — не менее 50.

Влияние раннего замораживания учитывают путем:

1. понижения предела прочности на сжатие бутовой кладки на 20% ,
2. применения марки раствора на одну ступень выше против применяемой в летних условиях; необходимость повышения марки раствора обосновывают расчетом.

Бутобетонная кладка фундаментов при отрицательной температуре воздуха должна производиться с искусственным прогревом электроэнергией, паром или в тепляках.

При кладке способом замораживания фундаментов и стен подвалов из камня, кирпича и блоков должны быть предусмотрены дополнительные металлические связи в уровне перекрытия над подвалом, в углах и местах пересечения стен. Связи делают из стали диаметром 12 мм и заводят их на 1—1,5 м в каждую сторону.

Рыхление мерзлых грунтов может производиться вручную, механическим способом, а также путем применения взрывчатых веществ.
Рыхление вручную допустимо при мелких и разбросанных работах и неглубоком промерзании. Ручным инструментом достаточно хорошо разрабатывают промерзшие песчаные грунты, растительную землю; разработка же вручную глинистых грунтов, особенно влажных, очень тяжела и дорога.

Большое значение для обеспечения необходимой производительности труда рабочих имеет правильный выбор инструментов и его качество. Они должны быть прочно и удобно насажены, хорошо закалены и всегда заострены.
Рыхление легких мерзлых грунтов рекомендуется производить ломами Горохова или Зайцева, а плотных — ломом-клином, клиньями и клином-молотом. При применении клиньев следует учесть, что оптимальная форма клина должна быть установлена опытным путем в соответствии с характером разрабатываемого грунта.

Лом-клин с держателем изготовляется из круглой стали и имеет наваренный наконечник. На квадратную головку лома-клина надевается серьга, позволяющая удержать лом в требуемом положении при забивке его ударами кувалды. Большая длина лома-клина облегчает разваливание глыб мерзлого грунта.

Работа клиньями более эффективна, чем указанными выше ломами. Объясняется это тем, что работа по отколу глыбы мерзлого грунта возрастает пропорционально массе и квадрату скорости ударного приспособления.

Поэтому увеличение его скорости является более эффективным, чем увеличение массы, что имеет место при применении клина с кувалдой.
Клин-молот состоит из стального клина, прочно соединенного путем насадки в нагретом состоянии с металлическим стержнем, дубовой или березовой «бабы»; конец клина обычно закаливается; баба имеет три деревянные ручки.

Работу следует вести с не опасной для работающих (не более 20 см) подсечкой мерзлого грунта го стороны стенки забоя. Большое значение имеет выбор оптимального расстояния от кромки забоя при работе клином-молотом; это расстояние следует определять в начале работы опытным путем.

Механизированное рыхление должно производиться с соблюдением следующих основных положений:
а) наиболее рациональным является рыхление ударами;
б) мерзлый грунт следует дробить на крупные глыбы;
в) возможно оставление в массиве глыб мерзлого грунта такой величины, которая допускала бы их экскавацию;
г) корку мерзлого грунта толщиной 0,2—0,4 м можно разрабатывать ковшом экскаватора.

Рыхление грунта можно осуществлять копром, ударным приспособлением, монтируемым на экскаваторе и специальными рыхлителями. Копры забирают клинья в мерзлый грунт обычным подвесным молотом или непосредственно молотом клиновидной формы.
При рыхлении обычным копром последний устанавливают в расстоянии 0,5—0,6 м от края забоя. Между стрелами копра устанавливают клин (длиной 1 000—1 200 мм, четырехгранный сечением 100Х100 мм или 100X75 мм, либо круглый диаметром 75—80 мм). верхушку которого зажимают в хомут с приливами, входящими в пазы стрел. Взамен пазов возможно прикрепление к стрелам: уголков или швеллеров.

При наличии особо твердого мерзлого грунта забивают второй клин, передвинув при этом копер по линии забоя на 30—40 см. Клин забивают на полную глубину 20—25 ударами бабы.
Ввиду частых, передвижек копры должны быть возможно меньшего веса и высоты. Перемещаться копры могут при помощи лебедок и укрепленных анкерами отводных блоков. Раму копра делают с полозьями или устанавливают на колеса или катки; последние ставят в продольном и поперечном направлениях.
Рыхление мерзлого грунта можно производить экскаватором со стрелой драглайна, к подъемному канату которого вместо ковша подвешивают клин или лучше шар весом 2,2—2,7 т .

Практика показывает, что такое рыхление мерзлого грунта требует известной сноровки и большого внимания со стороны моториста. Трос надо затормозить сразу после удара клином по грунту. Если это будет сделано раньше времени, то трос может оборваться, а если позже, то клин может соскользнуть по стенке забоя, раскрутить трос и даже вырвать его в месте закрепления. Тормозить трос при соскальзывании клина не следует, так как это вызывает сильное сотрясение экскаватора.

Применение экскаватора для рыхления не может быть рекомендовано, так как оно ведет к значительному износу его и уменьшает время использования его по прямому назначению.
Рыхление мерзлой корки толщиной до 0,3 м можно производить специальным рыхлителем с тракторной тягой. Ориентировочная средняя производительность такого снаряда — около 300 м3 в смену.

Рыхление корки мерзлого грунта толщиной не более 0,25 м можно производить также многостоиковыми рыхлителями тяжелого типа на тракторных прицепах или боронами с тяжелыми зубьями. Рыхлители или бороны должны при работе двигаться так, чтобы режущие зубья при повторной проходке не меняли направления и разрабатывали параллельные прорези.

Рыхление пневматическим и электрифицированным инструментом (перфораторы, бурильные молотки, электросверла) применяют при сравнительно небольших объемах работ и ручной погрузке грунта. При этом системы бурильных молотков, перфораторов применяют с продувкой скважин воздухом, а не с промывкой их водой.

При разработке мерзлого грунта одни рабочие производят рыхление его, а другие — погрузку в приборы перемещения.
Разработку траншей рекомендуется вести уступами длиной 3—5 м и высотой до 30—35 см; при этом первый отбойный молоток рыхлит первый, слой, второй молоток помещается на уступ ниже рыхлит второй слой и т. д.

Рабочий с отбойным молотком должен стаять на верхней поверхности уступа спиной к направлению разработки. Все время отступая назад, он производит откалывание грунта уступа, упирая в него под некоторым углом к вертикали пику отбойного молотка, погружающегося под действием ударника в мерзлоту.
Рабочие, выбрасывающие глыбы разрыхленного грунта, должны стоять на подошве уступа и двигаться вперед вслед за работающими отбойными молотками.

Взрывные работы для рыхления мерзлого грунта осуществляют при объемах работ более 1 000 м3. В зависимости от необходимой глубины рыхления взрывные работы ведут следующими способами: закладки (рис. 1) шпуров при толщине слоя мерзлого грунта до 2 м; горизонтальных рукавов при глубине рыхления от 2 до 3 м; минных зарядов или колодцев при глубине рыхления более 3 м.

При дроблении мерзлых глыб, обрушении козырьков мерзлого грунта применяют также открытые (накладные) заряды.
При работе экскаватора на верху забоя взрывы производят с поверхности мерзлого грунта, а при проходке его по подошве забоя отколом по уступу.

В первом случае заряды закладывают в шпуры или минные колодцы, располагаемые по определенной сетке, а во втором — в буровые скважины, располагаемые вдоль уступа в один или два ряда.

Шпуры в мерзлом грунте бурят при небольшом их количестве ручными, а при значительном — механизированными инструментами. При разработке грунта паровым экскаватором и наличии пара устройство шпуров можно производить паровыми иглами. Вручную шпуры делают накаленными до красного каления ломами, шлямбурами диаметром 25—38 мм и длиной 1 —1,5 м и винтообразными или двухлопастными буравами.

Рис. 1. Основные типы зарядов
1 — в шпуре; 2 — в горизонтальном рукаве; 3 — минный заряд, 4 — в минном колодце

Накаливание ломов производят в переносном горне на 30— 40 см длины их. Шпур образуют вколачиванием лома кувалдой с поворачиванием его после каждого удара. Вес кувалды должен быть в 1,5—3 раза больше веса лома. В тяжелых мерзлых грунтах применяют «трехручное» бурение нагретыми ломами, при котором двое рабочих ударяют по лому кувалдами весом 10 кг, а третий непрерывно вращает его, пользуясь для этого вторым ломом, вставляемым в специальную серьгу на верхнем конце основного лома.

При работе буравом в шпур заливают воду. Последние 15— 20 см шпура бурят без воды. Во избежание замерзания воды в нее прибавляют небольшое количество соли.

Вращательное бурение с заливкой шпура кипятком, как показывает практика, возможно лишь при температуре до —10°, так как при больших морозах грунт мало оттаивает и вода в шпуре быстро замерзает.

Устройство шпуров в мерзлом грунте при помощи паровой иглы с вибратором.

Механизированное бурение шпуров осуществляют пневматическими перфораторами и электросверлами.
Пневматическое бурение наиболее удобно производить при наличии передвижных компрессоров.

При электрическом бурении отпадает надобность в компрессорах, воздухопроводах, гибких шлангах, почему радиус действия установки во много раз увеличивается.
Ствол паровой иглы для проходки шпуров изготовляют из труб длиной до 1,5 м с внутренним диаметром 12—15 мм, обработанных в нижней части на конус с отверстием для прохода пара.

Для того чтобы отверстие не забивалось грязью и игла легко проникала в грунт, коническую часть (сопло) снабжают тремя приваренными к ней резцами с насечкой на концах. Намеченное для скважины место очищают от снега и льда; в грунте пробивают углубление, на которое кладут доску или металлическую пластинку с отверстием, большим чем наружный диаметр ствола иглы на 1,5—2 см.

Иглу устанавливают под соответствующим углом, после чего для впуска пара в нее открывают вентиль. Рабочий нажимает на иглу сверху, поворачивая ее за ручки, или погружает иглу ударами молота весом 4 кг. Скорость погружения должна быть такой, при которой не было бы выноса грунта вверх из скважины, расширяющейся в виде обратного конуса.

Рис. 1. Вибропаровая игла для устройства шпуров

Б. А. Бодянским предложено устройство шпуров в мерзлом грунте при помощи паровой иглы с вибратором, смонтированным на ней (рис. 1). Способ этот основан на свойстве сезонно-мерзлого грунта терять прочность при колебаниях высокой частоты (вибрирование) и только на время этих колебаний. Временное размягчение мерзлого грунта под действием колебаний наконечника иглы дает возможность острию ее войти в мерзлый грунт; дальнейшее расширение скважины происходит под действием пара с давлением 0,3 — 1 ати. Вследствие размягчения мерзлого грунта диаметр скважины может быть доведен до 15 см. Время, потребное для устройства одного шпура глубиной до 1 м, составляет 1,5—2 мин., а расход пара на один шпур 1 —1,5 кг.
После проходки шпур очищают буром и до зарядки закрывают. В шпурах, пройденных иглой, до зарядки подмораживают стенки для их укрепления и осушки.

Если площадь разработки грунта заранее известна, устройство шпуров следует производить осенью или в начале зимы, после чего нужно закрыть скважины пробками и отметить колышками.

Глубина шпура должна составлять 0,75—0,9 толщины слоя мерзлоты. При глубине промерзания не более 0,7 мглубина шпура должна быть на 15—20 см ниже линии промерзания.
Шпуры бурят диаметром 25—70 мм и зависимости от их глубины. Шпуры могут быть как вертикальными, так и наклонными, для того чтобы направлять грунт при разлете в сторону от экскаватора. Шпуры разбивают в шахматном порядке. При таком расположении зарядоп расстояние между ними и их рядами ориентировочно определяют в метрах по формуле: a = 0,85 h x 1,5

Где h — линия наименьшего сопротивления — л. н. с (кратчайшее расстояние от центра заряда до ближайшей обнаженной поверхности) в м.

Рис. 2. Схема разбивки на участки при работе экскаватором и при рыхлении мерзлоты взрывами

Для взрывания мерзлых грунтов применяют аммониты и аммоналы, тол и пикриновую кислоту. Применение динамитов в зимних условиях не допускается.

Аммониты по сравнению с динамитами являются наиболее безопасными в обращении, не замерзают, могут быть применены при любых температурах, но они гигроскопичны. Для взрывания в шпурах, наполненных водой, аммонит (или аммонал) заключают водонепроницаемую оболочку.

Количество взрывчатого вещества, необходимого для рыхления, определяется в кг по формуле:
Q = kw3 (6)
где k — расчетный коэфициеят, зависящий от свойств взрывчатого вещества и категории грунта (берется из справочников);
w — л. и. с. вм.

Более точнв расстояние между зарядами, а также вес зарядов устанавливают опытом.
Глыбы, на которые раздробляют мерзлоту, не должны быть больше 0,4 емкости ковша экскаватора при работе механической лопатой и 0,25 той же емкости при работе драглайном. Мелкое дробление требует более частого расположения скважин и большего расхода взрывчатых веществ; разделку негабарита поэтому часто производят кувалдами.

При применении крупных механизмов стоимость взрывных работ уменьшается.
В момент взрыва экскаватор должен быть выведен из опасной зоны, а кабина его защищена обшивкой. Экскаваторные работы при рыхлении мерзлых грунтов взрывами ведутся в три захватки (рис. 2), величина которых определяется сменной производительностью экскаватора.

На отдельных участках, в начале зимы иногда бывает мерзлая корка, которую ковш экскаватора не может разрушить. В таких случаях экскаватор выбирает из-под корки талый грунт, затем его выводят из забоя.

После этого в небольшое углубление на поверхности нависшей корки закладывают и взрывают патрон аммонала (0,4 кг на 1 м3 грунта), и таким образом откалывают мерзлую корку.
Стоимость рыхления взрывным способом зависит от толщины мерзлой корки и тем ниже, чем толщина ее больше.
Взрывные работы обычно выполняют специальные организации. При производстве работ необходимо точное выполнение правил безопасности.

При сравнительно небольших объемах работ, а также при невозможности использовать взрывной способ в условиях сложного городского подземного хозяйства приходится прибегать к оттаиванию мерзлого слоя.

Наличие дешевых источников тепла способствует применению этого способа.

Оттаивание грунта можно рекомендовать только при уровне грунтовых вод не менее, чем на 1 м ниже глубины промерзания. При их высоком уровне мерзлые грунты разрабатывают взрывным способом или способом вымораживания.

Рис. 1. Коэффициенты теплопроводности грунтов в зависимости от температуры

При оттаивании грунта надо прежде всего стремиться к уменьшению затрат тепла. Последние определяются теплопроводностью грунта, в свою очередь зависящей от теплопроводности его составляющих (лед, вода, воздух). Так коэфициент теплопроводности1,8—2,0; воды 0,45—0,55; воздуха 0,02. Поэтому наибольшей-теплопроводностью обладают влажные и мерзлые грунты со значительными включениями льда в порах, наименьшей теплопроводностью — грунты сухие и пористые.

Из рис. 1 и 2 видно, что при переходе из мерзлого состояния в талое грунт становится значительно менее теплопроводным. Поэтому расчет количества тепла, передаваемого грунту теплоносителем, следует делать по талому его состоянию.

Рис. 2. Коэффициенты теплопроводности грунтов в зависимости от их влажности

При оттаивании мерзлого грунта следует руководствоваться следующим:
а) количество подаваемого тепла должно быть минимально необходимым;
б) поверхности нагрева должны быть расположены на оптимальных расстояниях, что ускоряет отогрев грунта и уменьшает теплопотери;
в) поверхности нагрева должны по возможности непосредственно без воздушного прослойка, соприкасаться с отогреваемым грунтом;
г) во избежание движения подогретого воздуха вдоль стенок иглы, головки паровых игл следует закрывать коробами;
д) отогреваемый участок должен быть покрыт теплоизоляцией, так как в противном случае потери тепла будут весьма значительны из-за большой теплопроводности мерзлого грунта.

Оттаивание грунта осуществляют посредством: костров, горячей воды, пара, пара и воды, электричества. Во всех случаях площади, на которых устанавливают оттаивающие устройства, должны быть очищены от снегового покрова.

Оттаивание огневым способом как наиболее дорогое допускается только при небольших объемах работ и в аварийных случаях (например, при местном ремонте водопроводных и канализационных сетей).

Для оттаивания мерзлого грунта можно применять примитивную печь-землеотогревателъ (рис. 1). Под печь кладут стружки, щепу, опилки и зажигают с торца, противоположного трубе; для лучшего использования тепла коробы следует засыпать землей.

При наличии газа отогревание мерзлого грунта производят при помощи специальной горелки, гибкий шланг от которой присоединяют к газовой сети; при этом сначала вручную отрывают яму, затем уже сбоку отогревают землю вдоль траншей.

Рис. 1. Общий вид разрез землеотогревателеи
1 — труба диаметром 120 мм, 2 — короб из старой кровельной стали; 3 — стяжки из стали (для придания коробу необходимой жесткости); 4 — опилки, стружки и другие разные древесные отходы

Для оттаивания горячей водой в отогреваемом грунте на расстоянии 40—50 см одна от другой бурят скважины диаметром 7—8 см. Дно скважины должно быть в малопроницаемых грунтах на 20 см, а в водопроницаемых — на 40 см выше глубины промерзания. В скважины 4—5 раз заливают нагретую до кипени воду, затем их закрывают и засыпают оттаиваемую мерзлоту с по верхности 10—15-см слоем рыхлого грунта.

Отогревать следует половины общей площади мерзлого грунта. Оставшиеся между скважинами неоттаявшие участки разрабатывают без больших затруднений. Грунт разрабатывают немедленно по оттаивании, работа производится в отвал. Применение этого способа отогревания зависит от того, возможно ли получение требуемого количества горячей воды, и в местах закладки фундаментов допустимо только при наличии дренирующих грунтов.

.

Оттаивание паром и водой предложено инж. Н. Н. Мягковым. На подлежащей оттаиванию площади в шахматном порядке, через 2—3 м, отбойным молотком делают углубления, которые заполняют шлаком, заливают водой и затем закрывают брезентом или толем (рис. 1).

При подаче пара в углубления вода в них быстро нагревается и, постепенно просачиваясь в грунт (по мере убыли ее добавляют), отогревает его.

Оттивание будет тем интенсивнее, чем больше фильтрующая способность грунта. В плотных глинистых грунтах этот способ неприменим.

Рис. 1 Оттаивание грунта паром и водой
1 — паровая магистраль; 2 — труба; 3 — резиновый шланг; 4 — толь или брезент; 5 — шлак, залитый водой

Оттаивание паром. Оттаивание паром производят посредством паровых батарей или игл. Пар получают от временной передвижной котельной установки или от котла экскаватора во время перерывов в его работе. Паровые батареи применяют при небольшой глубине мерзлого унта (до 1,0 м) и при недопустимости введения в грунт дополнительной влаги.

Рис. 2. Прибор для устройства скважин
1— подвижной хомут для извлечения прибора из грунта; 2— головка

Батареи располагают на отогреваемом участке, тщательнo покрывают матами, а сверх них брезентом или толем. Пар проходит всю систему и выходит в виде конденсационной воды. Требуемую поверхность нагрева батарей определяют конечной температурой конденсата, которая должна быть по возможности наименьшей. Ориентировочно поверхность нагрева котла должна быть в 4—6 раз больше поверхности нагрева батарей.

Паровые иглы применяют при оттаивании более значительных объемов мерзлого грунта и глубине его более 1,5 м.
Паровую иглу вводят в заранее устроенную скважину и на 15— 20 см не доводят до талого грунта. Несколько игл посредством тройников и гибких рукавов соединяют в секцию, причем, каждую иглу можно при помощи вентиля включить и выключить из общей паровой установки.

Скважины для помещения в них игл можно проходить специальным прибором, предложенным Б. А. Бодянским (рис. 2). При устройстве скважины один рабочий забивает стержень прибора молотом, в то время как другой держит его с помощью хомута.

Извлечение из грунта стержня производят ударами снизу вверх; по его головке трубой, скользящей по стержню, как по направляющей. Проходка, подобным образом мерзлого грунта на глубину до 1 м требует 1—3 мин. В образовавшуюся скважину вставляют иглу с внутренним диаметром 12—15 мм (рис. 3). Выходящий через отверстия в наконечнике иглы пар отогревает грунт, что дает возможность глубже погружать иглу. В тяжелые мерзлые грунты, например, глину с галькой или строительный мусор, иглу погружают легкими ударами молота.

Продолжительность оттаивания зависит от рода грунта, его влажности и глубины промерзания. Иглу под паром следует держать в скважине в песчаных грунтах 2—3 часа, в суглинках 3— 4 часа и в глинистых 4—6 час. Пуск пара в грунт следует производить с часовыми или двухчасовыми перерывами.

Рис. 3. Паровая игла с коробом
1— игла d=12мм; 2 — короб; 3 — сварка; 4 — патрубок; 5 — головка; 6 — шланг; 7 — теплоизоляция (асбестовый картон, обернутый мешковиной)

Еще лучше, назначая одну иглу на 5—6 скважин, держать ее в скважине до начала интенсивного выделения пара (10—15 мин.), после чего переносить в соседнюю скважину.

Для предотвращения выхода пара через отверстия скважин и для сохранения теплоты, отдаваемой грунту, скважины покрывают специальными коробами. Оттаиваемый участок по прекращении пуска пара и уборке игл и коробов для передачи теплоты большему объему грунта на некоторое время (лучше до следующего дня) чем-либо утепляется; при этом радиус оттаивания (на следующий день) составит около 0,5 м.
Иглы следует располагать в шахматном порядке, одну от другой (при ручной разработке грунта) на расстоянии, равном толщине мерзлого грунта. Между гнездами оттаянного грунта можно оставлять перемычки из мерзлого грунта, размеры которых должны допускать разработку их экскаватором.

Расход пара на 1 м3 оттаянного грунта составляет от 50 до 100 кг в зависимости от влажности грунта и характера промерзания.

Повышение давления пара (при выходе из иглы) имеет как положительные, так и отрицательные последствия.

С повышением давления увеличиваются незначительно теплосодержание пара и его температура, а при сильно дренирующих и маловлажностных грунтах — также способность к прониканию пара в грунт.

В то же время повышение давления пара значительно увеличивает потери его (выброс) через верх скважины и зазоры в коробе и создает угрозу разрыва шлангов, что нежелательно по условиям безопасности; поэтому не следует применять давление выше 2—3 ати. При глубине промерзания до 1,5 м вполне достаточно давление 0,5—ати.

Способ оттаивания мерзлого грунта горячей водой

Оттаивание мерзлого грунта теплоносителем с высокой температурой сопряжено с большими потерями тепла, так как прилегающие к иглам слои грунта чрезмерно нагреваются и теплопроводность их сильно снижается.

Рис. 1. Закрытая игла для оттаивания мерзлоты
а — вид сверху; б — разрез

Оттаивание грунта открытыми паровыми иглами сопряжено со значительными потерями тепла, уходящего с конденсационной водой и сопровождается большими потерями пара через зазор между иглой и стенкой скважины и через неплотные соединения.

Эти потери устранены при применении игл с циркулирующей горячей водой, т. е. обычной системы водяного отопления с принудительной циркуляцией, предложенной инж. Н. Д. Авериным и С. А. Анофриевым (рис. 1) .

Подогретая до 50° вода центробежным насосом нагнетается из котла в трубопро­воды и, пройдя несколько игл возвращается в котел для повторного подогревания. Вода, поступая через патрубок во внешнюю трубу иглы, опускается по ней и затем, поднимаясь по внутренней трубе, возвращается по обратному трубопроводу в котел.

Скорость отогревания грунта должна быть увязана с производительностью экскаватора, разрабатывающего грунт.
После разделения массива мерзлого грунта полосами оттаявшего грунта на части объемом не более 0,4 емкости ковша экскаватора эти части могут быть удалены экскаватором в мерзлом состоянии. Так же, без оттаивания, может быть разработан экскаватором нижний слой мерзлоты или ее верхняя корка толщиной 25—40 см.

При включений с помощью катодов участка грунта в электрическую цепь через него может быть пропущен нагревающий его ток напряжением 120, 220 и 380 в.

Электропроводность грунта зависит от его влажности (рис.3, а), состояния и температуры влаги, концентрации находятся в грунте растворов солей и кислот (рис. 3, б), строения и температуры грунта (рис. 3, в) и т. п.

Сложность строения грунта происходящих в нем физических явлений и изменений, связанных силовыми процессами, значительно усложняет теоретическую сторонy электропрогрева грунта, которая находится пока еще в стадии проработки.

Рис. 1. Установка горизонтальных (струнных) электродов на мерзлый грунт с засыпкой опилками
1 — мерзлой грунт; 2 — горизонтальные (струйные) электроды диаметром 12—16 мм; 3 — провода, подводящие ток; 4 — опилки, смоченные раствором соли; 5 — верхнее утепление (толь, деревянные щиты, маты и т. п.)

Рис. 2. Установка вертикальных (стержневых) электродов в мерзлый грунт с засыпкой опилками
1 — вертикальные электроды; 2 — провода, подводящие ток; 3 — опилки, смоченные раствором соли, 4—верхнее утепление (толь, деревянные шиты, маты и т. п.)

Оттаивание грунта выполняют при помощи горизонтальных (срунных) и вертикальных (стержневых и глубинных) электродов. При оттаивании горизонтальными электродами (рис. 1) поверхность отогреваемого участка грунта покрывают 15—25-см слоем, смоченных водным раствором соли (хлористого натрия,кальции, медного купороса и др.) имеющих назначение лишь приводить ток и отогреть верхний слой мерзлого грунта, так как последний даже при напряжении 380 в тока практически не пропускает.

При горизонтальных электродах тепло передается первоначально грунту лишь от нагревающегося слоя опилок. Только верхний незначительной толщины слой грунта, прилегающий к электродам, включается в электроцепь и является сопротивлением, в котором выделяется тепло.

Расстояние между рядами электродов, включенными в разные фазы, составляет 40—50 см при напряжении 220 в и 70—80 см при напряжении 380 в. Применение горизонтальных электродов целесообразно при отогревании промерзших оснований и небольшой (до 0,5—0,7 м) глубине промерзания, а также в случаях, когда вертикальные (стержневые) электроды не могут быть применены вследствие малой электропроводности грунта или невозможности забивки их в грунт.

При оттаивании вертикальными стержневыми электродами  влажные опилки служат вначале побудителем к прогреву верхнего слоя грунта, который по мере оттаивания включается в электрическую цепь, после чего опилки только уменьшают теплопотери оттаиваемого грунта. Вместо опилок побудителем могут служить растворы солей, заливаемые в бороздки в грунте, пробитые зубилом между всеми электродами на глубину 6 см.

При укрытии поверхности отогреваемого грунта слоем сухих опилок, как показывает практика, устройство таких бороздок дает хорошие результаты.
Применение вертикальных электродов более эффективно при глубине мерзлого грунта более 0,7 м, а также при невозможности обеспечения должного контакта между горизонтальными электродами и грунтом. В твердые (глинистые и песчаные грунты с влажностью более 15—20%) электроды забивают на глубину 20—25 см, и затем погружают глубже по мере оттаивання грунта (примерно через каждые 4—5 час).

Расстояние между электродами назначается от 40 до 70 см в зависимости от напряжения тока, характера и температуры грунта. При оттаивании на глубину 1,5 м рекомендуется иметь два комплекта электродов — короткие и длинные; по оттаивании грунта на глубину коротких электродов они заменяются длинными. Отогрев грунта на глубину 2 м и более следует производить в несколько приемов, послойно с периодическим удалением оттаявших слоев при выключенном токе. В целях экономии электроэнергии и максимального использования мощности следует стремиться, чтобы к концу оттаивания средним температура грунта не превышала +5° и максимальная +20°, и прогрев следует вести участками, периодически выключая ток.

Рис. 3. Изменение удельного сопротивления грунта в зависимости
а — от влажности грунта из красной глины, б — от содержаний NaCi в глинистом грунте при 30% его влажности (по весу), 8 — от температуры грунта при влажности 18,6%

Установка для оттаивания грунта состоит из щитов и софитов (по 4—5 на каждый распределительный щит) для подключения электродов к сети.

При применении глубинных электродов оттаивание мерзлого грунта производят снизу вверх к дневной его поверхности. Для этого электроды из круглой стали диаметром 12—19 мм (в зависимости от их длины и твердости грунта) в шахматном порядке забивают сквозь всю толщу мерзлого слоя на 15—20 см в талый грунт. В начале оттаивания электрический ток, проходящий в талом грунте, нагревает его и оттаивает расположенную непосредственно лад ним часть мерзлого слоя. Таким образом, тепловой поток, постепенно увеличиваясь по толщине снизу вверх, последовательно отогревает мерзлый грунт, причем почти все выделяемое током тепло используется для отаивания мерзлого слоя.
Такой способ оттаивания, помимо уменьшении теплопотерь, дает ряд других выгод.

Как известно, экскаваторы могут разрабатывать без предварительнoгo рыхления мерзлую корку грунта толщиной до 25—40 см, Что позволяет соответственно уменьшить глубину оттаиваемого грунта. Так как верхние слои грунта обычно являются наиболее сложными и энергоемкими, то разработка их в неоттаявшем состоянии снижает расход электроэнергии и ускоряет производство работ.

Применение более высокого напряжения дает возможность увеличивать расстояние между электродами. Последнее при напряжении 220 в принимают в 0,5 м, а при 380 в уже 0,7 м.
Нижний конец электрода заостряют, а в верхнем просверливают сквозное отверстие диаметром 3—4 мм, через которое пропускают Медный голый провод длиной 25—30 см; один конец провода приваривают к электроду, а другой присоединяют к электросети с последующим чередованием фаз.

При затруднительности забивки электродов предварительно проходят скважины диаметром, который на 1—2 мм меньше принятого диаметра электрода.
По опытным данным суглинки с влажностью 18% при глубине промерзания 1,5 м и напряжении тока 220 в оттаивают в течение примерно 16 час.
Отогреваемую площадку выделяют переносным ограждением и умножают предупредительными сигналами с категорическим запрещением входа на нее.
При применении любого способа отогрева грунта необходимо строго соблюдать правила, изложенные в специальной «Инструкции по применению электропрогрева в строительстве».

Оттаивание токами высокой частоты. Мерзлый грунт проницаем для токов высокой частоты, и отогревание его Происходит за счет тепла, выделяемого в грунте при помещении его и переменное электрическое поле высокой частоты.
Генератор высокой частоты состоит из повышающего трансформатора, выпрямителя, генераторных ламп, конденсаторов и колебательного контура. Передвижная установка монтируется в автоприцепе и питается от сети напряжением 220—380 в или от передвижной электрической станции.
Означенный способ возможен при небольшом объеме работ, разработке траншей и особенно при аварийных работах, когда срок их выполнения является решающим фактором.

Для уменьшения затрат труда мерзлый грунт следует отваливать возможно большими глыбами. Работу ведут следующим образом.
Сначала разрабатывают траншею на глубину, немого большую, чем толщина слоя мерзлого грунта, затем, стоя в траншее, выбирают талый грунт под слоем мерзлоты на глубину не более 20 см. При глубоком залегании мерзлого грунта выборку; ведут в 2—3 яруса, верхние из которых делают в мерзлом грунте. Затем на расстоянии 0,5—1,0 м от кромки траншеи (на поверхности грунта) электрическим, пневматическим или ручным инструментом проходят через 0,5—1,0 м ряд шпуров или пробивают узкую борозду.

Выделенную таким образом полосу мерзлого грунта делят новыми (поперечными) шпурами или бороздами на несколько частей (карт). В шпуры продольного и поперечных рядов одновременно забивают стальные клинья и откалывают мерзлоту.

При выборе вида механизации и типа снаряда для земляных работ необходимо иметь в виду, что применение взрывных работ для рыхления грунтов почти исключает возможность использования средств легкой механизации: скреперов, грейдер-элеваторов, бульдозеров и т. д.
Драглайны с емкостью ковша не менее 1 м3 могут без рыхления грунта взрывами разрабатывать мерзлую корку толщиной 10—15 см.

Предварительное разрыхление также не требуется при разработке мерзлого грунта толщиной до 40 см прямыми лопатами с ковшами емкостью не менее 1 м3, а толщиной до 25 см с ковшами емкостью не менее 0,5 м3. Экскаватор работает в этом случае подбоем, выбирая талый грунт под коркой мерзлого грунта. Получающиеся при этом козырьки следует немедленно срезать, для чего ковш подводят под козырек и ударяют по нему снизу.

Объем разрыхленного мерзлого грунта должен быть не больше чем требуется для односменной работы экскаватора. Уборку грунт из забоя надо вести вслед за рыхлением, не допуская его смерзания.
Погрузка крупных глыб мерзлого грунта, не вмещающихся в ковше экскаватора, производится следующими способами:
а) глыбу берут на верхние ребра и зубья ковша, поднимают осторожно вываливают в прибор перемещения;
б) глыбу обвязывают тросом, захватываемым зубьями ковша поднимают и передают в прибор перемещения.

Величина глыб должна допускать погрузку и разгрузку их без повреждения приборов перемещения.
В случае, если при разработке выемок и планировке площадок крупная глыба не может быть поднята экскаватором до требуемой высоты, последний выбирает грунт несколько ниже проектной отметки, передвигает в нее ковшом глыбу и оставляет ее там до весны, когда она оттает и будет употреблена на планировку.

При экскавации зимой мерзлых глинистых и мокрых грунтов, разрыхленных взрывами на куски, наполнение ковша и скорость работы экскаватора значительно меньше, чем при работе летом. Мокрый грунт при соприкасании с охлажденными стенками ковша быстро к ним примерзает, уменьшая его полезный объем и затрудняя выгрузку. Для предупреждения намерзания грунта можно применять электронагрев ковша.

Работа экскаваторов в мокрых забоях с грунтовыми водами затрудняется образованием наледей и примерзанием гусениц к грунту. Борьбу с этим следует вести осушением забоя (понижением уровня грунтовых вод) и оттаиванием гусениц, но отнюдь не включением ходовых механизмов.
При доставке воды к экскаваторам автоцистернами в них помещают по две трубы диаметром 30 мм, присоединяют их к глушителю автомобильного мотора и таким образом подогревают воду выхлопными газами.

Гибкий резиновый шланг, служащий для перекачивания воды, необходимо предварительно прогревать паром, так как замерзшая в мокром состоянии резина становится хрупкой и ломается при изгибе. Следует позаботиться о приобретении запасных шлангов, так как износ их зимой значительно увеличивается. Для того чтобы механизмы во время перерывов не застывали, цепи работы следует в три смены, организовав для этого непрерывную работу транспорта.