Тема 4. Виконання земляних робіт
8. Виконання земляних робіт у зимових умовах
Приблизно 15 % загального обсягу земляних робіт доводиться виконувати в зимовий період. У таких умовах трудомісткість розроблення ґрунту значно зростає (ручних робіт у 4...7 разів, механізованих – у 3...5 разів), деякі механізовані засоби застосовуються обмежено – екскаватори, бульдозери, скрепери, грейдери, хоча виїмки взимку можна влаштовувати без укосин. Вода, яка ускладнює проведення робіт у теплу пору року, замерзаючи сприяє їхньому перебігу. Відпадає необхідність у шпунтових огородженнях й у водовідливі.
Залежно від конкретних місцевих умов використовують такі методи розроблення ґрунту: убезпечення ґрунту від промерзання з подальшим розробленням за допомогою звичайних методів; відтавання ґрунту та його розроблення в талому стані; розроблення ґрунту в мерзлому стані з попередніми його розпушенням; безпосереднє розроблення мерзлого ґрунту.
Убезпечення ґрунту від промерзання. Цей метод заснований на штучному створенні на поверхні ділянки, визначеної для розроблення в зимовий період, термоізоляційного покриття та розробленні ґрунту в талому стані. Убезпечення здійснюється до встановлення стійких від’ємних температур, із утеплюваной ділянки попередньо відводять поверхневі води. Застосовують такі способи влаштування термоізоляційного покриття: попереднє розпушування ґрунту, зорювання й боронування ґрунту, перехресне розпушування, укриття поверхні ґрунту утеплювачами.
Попереднє розпушування ґрунту, а також зорювання і боронування проводять до настання зимового періоду на ділянці, призначеній для розроблення в зимових умовах. Глибинне розпушування здійсняють за допомогою екскаваторів на глибину 1,3...1,5 м шляхом перекидання розроблюваного ґрунту на ділянці, де буде розташовуватися земляна споруда.
Перехресне розпушування поверхні здійснюють на глибину 30...40 см. Кожен наступний шар розташовують під кутом 60...90°, а кожне наступне проходження виконують навхлист на 20 см. Таке заходи, зокрема й захист снігового покриву, відтерміновують початок замерзання ґрунту на 2,5...3,5 міс, значно зменшується глибина промерзання.
Укривання поверхні ґрунту утеплювачами. Для цього використовують дешеві місцеві матеріали – листя дерев, сухий мох, торф’яний дріб’язок, солом’яні мати, стружку, тирсу, сніг.
Укривання з повітряним прошарком. Ефективнішим є поєднання місцевих матеріалів та повітряного прошарку. Для цього на поверхні ґрунту розкладають лежні завтовшки 8...10 см, на них – обапіл або інший матеріал – гілки, прути, очерет; зверху насипають шар тирси або деревних стружок завтовшки 15...20 см, запобігаючи їхньому здуванню вітром.
Метод розморожування ґрунту та розроблення його в талому стані. Розмерзання відбувається внаслідок впливу тепла. Цей процес трудомісткий і вимагає значних енергетичних затрат. Способи розморожування класифікують за напрямом розповсюдження тепла в ґрунті і за використовуваним теплоносієм – згорання палива, пар, гаряча вода, електрика.
За напрямом розморожування поділяють на три групи.
Розморожування ґрунту зверху вниз. Тепло поширюється у вертикальному напрямі від поверхні вглиб ґрунту. Цей спосіб найпростіший, не потребує підготувальних робіт. Його використовують найчастіше, хоча з погляду економічної доцільності витрат енергії він найбільш недосконалий, оскільки джерело тепла розташовується в зоні холодного повітря й частина енергії витрачається в навколишній простір (рис. 4.11).
Рис. 4.11 – Рефлекторна піч для відігрівання мерзлого ґрунту: 1 – нагрівальний елемент, 2 – рефлектор, 3 – кожух; 4 – контактні затискачі
Розморожування ґрунту знизу вверх. Тепло поширюється від нижньої межі мерзлого ґрунту до поверхні. Спосіб найбільш економний, оскільки ґрунт розмерзається під мерзлою кіркоюі тепловтрати практично виключені. Недоліком цього способу є необхідність виконання трудомістких підготувальних операцій, що обмежує сферу його застосування.
Радіальне розморожування ґрунту посідає проміжне місце щодо двох попередніх способів за ступенем витрат теплової енергії. Тепло поширюється в ґрунті радіально від вертикально встановлених прогрівальних елементів. Відповідно до застосовуваного теплоносія використовують декілька методів розморожування.
Розморожування шляхом згоряння палива. Якщо в зимовий період виникає потреба отримати 1...2 ями, найпростішим рішенням є звичайне багаття. Підтримування вогню протягом восьми годин спричинить розморожування ґрунту під ним на 30...40 см. Застосовують цей спосіб украй рідко, оскільки в цьому разі тільки незначна частина теплової енергії витрачається продуктивно.
Електричне прогрівання. Сутність цього методу полягає в пропусканні електричного струму через ґрунт, унаслідок чого він нагрівається. Використовують горизонтальні й вертикальні електроди у вигляді стрижнів або смугової сталі. Щоб електричний струм рухався між стрижнями, необхідно створити струмопровідне середовище. Під впливом тепла нижні шари ґрунту розмерзаються. Цей спосіб достатньо ефективний, якщо глибина промерзання ґрунту – до 0,7 м. Витрати електроенергії на відігрівання 1 м³ ґрунту коливаються в межах 150..300 кВт/год., температура нагрітої тирси не повинна перевищувати 80...90 °С.
Ґрунт розморожують за допомогою смугових електродів, що укладають на поверхню ґрунту, очистивши його від снігу та сміття та якщо це можливо розрівнявши. Кінці смугового заліза загинають догори на 15...20 см для підімкнення до електропроводів.
Цей спосіб застосовують, якщо глибина відігрівання – до 0,6...0,7 м, оскільки на великій глибині напруга падає, ґрунти менш інтенсивно залучаються до роботи та повільніше нагріваються. Розроблення мерзлого ґрунту з попереднім його розпушуванням.
Мерзлий ґрунт розпушують, а потім розробляють за допомогою землерийних і землерийно-транспортних машин, застосовуючи механічний або вибуховий метод. Відповідно до норм екологічної безпеки до зимового розроблення ґрунту восени необхідно зняти бульдозером шар ґрунту з ділянки обраної для розроблення. Під час механічного розпушування мерзлий ґрунт ріжуть, розколюють або сколюють за допомогою статичних (рис. 4.12) або динамічних засобів.
Рис. 4.12 – Розпушування мерзлого ґрунту шляхом статичного впливу на нього: а – бульдозера з активними зубцями; б – екскаватора-розпушувача; 1 – напрям розпушування
Динамічні засоби використовують для розколювання або відколювання ґрунту молотами вільного падіння та спрямованої дії. Молоти вільного падіння (кульові й клин-молоти) підвішують на канатах до стріли екскаваторів, за допомогою молотів спрямованої дії коли відколюють ґрунт.
Механічний спосіб розпушування передбачає використання землерийних і землерийно-транспортних машин. Застосовують молоти з масою до 5 т, які опускають з висоти 5...8 м: кульові молоти – під час розпушування піщаних і супіщаних ґрунтів, клин-молоти – глинястих (якщо глибина промерзання – 1 0,5...0,7 м). Як молоти спрямованої дії широко застосовують дизель-молоти на екскаваторах або тракторах: вони дають змогу руйнувати промерзлий ґрунт на глибину до 1,3 м.
Вплив статичних засобів базується на використанні в мерзлому ґрунті безперервного різального зусилля спеціальної робочої частини – зубця-розпушувача, яким обладнують гідравлічний екскаватор ( так звана «зворотна лопата») або потужні трактори.
Мерзлі ґрунти розпушують за допомогою вибуху, якщо обсяги розроблення мерзлого ґрунту значні. Цей метод застосовують переважно на незабудованих або частково забудованих ділянках використовуючи укриття й локалізатори вибуху – важкі привантажувальні плити.
Безпосереднє розроблення мерзлого ґрунту. Ґрунт розробляють (без попереднього розпушування) за допомогою двох методів – блокового й механічного.
Блоковий метод розроблення ґрунту застосовують на великих площах. Він базується на усвідомленні того, що монолітність мерзлого ґрунту внаслідок розрізання його на блоки порушується. За допомогою навісного обладнання на тракторі – баровій машині ґрунт під час взаємно-перпендикулярних проходжень розрізають на блоки завширшки 0,6...1,0 м. Якщо глибина промерзання мала (до 0,6 м), достатньо зробити тільки повздовжні розрізи.
Механічний метод базується на використанні сили та поєднується з ударним або вібраційним впливом на масив мерзлого ґрунту. Метод передбачає використання землерийних і землерийно-транспортних машин, а також машин зі спеціально розробленими для зимових умов робочими частинами.
Звичайні серійні машини застосовують під час початкового періоду зими, коли глибина промерзання ґрунту незначна. Пряма і зворотна лопати можуть розробляти ґрунт, якщо глибина промерзання становить 0,25...0,3 м; ківш місткістю понад 0,65 м³ – 0,4 м; екскаватор драглайн – до 0,15 м; бульдозери та скрепери здатні розробляти промерзлий ґрунт на глибину до 0,15 м.
Ґрунт розробляють і за допомогою багатоківшових екскаваторів, спеціально розроблених для прокладання траншей у мерзлому ґрунті. З цією метою використовують спеціальний різальний інструмент у вигляді іклів, зубців або коронок зі вставками з твердого металу, що прикріплюються до ковшів.