Земляные работы в зимних условиях

Рассматриваемые вопросы:

• 1. Основные свойства мёрзлых грунтов, способы предохранения грунтов от промерзания.
  2. Способы оттаивания мёрзлых грунтов.
  3. Разработка мёрзлых грунтов без предварительного рыхления, способы рыхления мерзлых грунтов.
  4. Охрана труда при производстве земляных работ.

1. Основные свойства мёрзлых грунтов, способы предохранения грунтов от промерзания

Современное строительство ведётся круглый год, в связи с чем примерно 15…20 % общего объема земляных работ приходится выполнять при мерзлом состоянии грунта. Разработка грунта в зимних условиях связана с определенными трудностями, так как при отрицательной температуре его верхний слой замерзает и существенно изменяет свои свойства.

Процесс замерзания грунта заключается по существу в замерзании содержащейся в нём воды. Поэтому изменение свойств грунта при замерзании зависит в основном от количества содержащейся в нём воды и от характера заполнения пор.

Механическая прочность грунта при замерзании возрастает и зависит от его гранулометрического состава, влажности и температуры. Она характеризуется временным сопротивлением мерзлого грунта сжатию и растяжению (разрыву). Наибольшей прочностью на сжатие при замерзании обладают влажные песчаные грунты (до 20 МПа). Прочность мерзлого грунта на сжатие в 3…5 раз выше его прочности на растяжение. Поэтому мерзлый грунт легче разрушать скалыванием, чем резанием. Механическая прочность грунта определяет собой его сопротивление резанию и скалыванию.

Пучение мерзлого грунта является следствием расширения замерзшей воды в его порах. Пучению подвергаются все водонасыщенные грунты. Наибольшее пучение (до 10 %) наблюдается у глин, суглинков и пылеватых грунтов. Основания из таких грунтов необходимо предохранять от промерзания, в противном случае, при оттаивании они дадут значительные осадки.

Пластические деформации мерзлого грунта возникают в результате уменьшения сцепления между отдельными его частицами за счет таяния замерзшей воды. Они возрастают с повышением температуры и достигают максимального значения при 0 °С, когда оттаявший грунт под воздействием собственного веса и других нагрузок доходит до текучести. Поэтому при наступлении оттепелей необходимо принимать меры против оползания откосов выемок и насыпей.

Первоначальное разрыхление мерзлого грунта значительно больше талого и зависит от рода грунта и способа его рыхления. Разрыхленный мерзлый грунт плохо поддается уплотнению, и величина его остаточного разрыхления очень мало отличается от первоначальной. Это необходимо учитывать при выборе средств для транспортирования мерзлого грунта, назначении величины запаса на усадку насыпей и т.д.

Теплопроводность мерзлого грунта больше, а теплоемкость меньше, чем талого. Эти свойства являются признаками быстрого промерзания и медленного оттаивания мерзлого грунта.

Электропроводность мерзлого грунта практически очень невелика. Это вызвано тем, что токопроводящая грунтовая вода при замерзании переходит в лед, близкий по своим свойствам к диэлектрику.

Водопроницаемость мерзлого грунта в результате закупорки его пор льдом близка к нулю.

Глубина сезонного промерзания грунта зависит от его гранулометрического состава, влажности, средней температуры и длительности периода охлаждения, наличия снегового покрова и других факторов. Для предварительных расчетов глубина сезонного промерзания принимается по данным метеорологических станций.

Для мерзлых грунтов характерным является значительное увеличение трудоемкости их разработки вследствие повышенной механической прочности. Кроме того, мерзлое состояние грунта усложняет технологию, ограничивает применение некоторых типов землеройных (экскаваторов) и землеройно-транспортных (бульдозеров, скреперов, грейдеров) машин, уменьшает производительность транспортных средств, способствует быстрому износу деталей машин, особенно их рабочих органов. В то же время временные выемки в мерзлом грунте можно разрабатывать без откосов.

В зависимости от конкретных местных условий разработку грунта в зимних условиях осуществляют следующими методами:

1. предохранением грунта от промерзания и последующей разработкой обычными методами. Этот метод основан на искусственном создании на поверхности участка, намеченного к разработке в зимнее время, термоизоляционного покрова. Эту работу, следует производить до наступления устойчивых отрицательных температур, приняв заранее меры к отводу с отепляемого участка поверхностных вод;
2. разработкой грунта в мерзлом состоянии с предварительным рыхлением;
3. непосредственной разработкой мерзлого грунта;
4. оттаиванием грунта и его разработкой в талом состоянии.

Выбор того или иного способа зависит от вида и размеров земляного сооружения, рода грунта и его состояния, сроков производства работ, наличия соответствующих материально-технических ресурсов, местных условий. Окончательное решение о применении того или иного способа принимается на основании технико-экономического анализа. Из ряда намеченных вариантов выбирается наиболее экономичный.

Способы предохранения грунтов от промерзания. Грунты, подлежащие разработке в зимнее время целесообразно предохранять от промерзания. В качестве мер предохранения применяются вспахивание с боронованием, глубокое рыхление, перекрёстное рыхление, снегозадержание, утепление ледозащитной оболочкой и теплоизоляционными материалами, пропитка грунта растворами солей.

Вспахивание с боронованием применяется в средней полосе для утепления грунтов, подлежащих разработке в первой трети зимы. Вспашку участка производят тракторными плугами, рыхлителями или другими средствами на глубину 30…35 см с последующим глубоким боронованием. В обработанном таким образом грунте образуются пазухи и поры, уменьшающие теплопроводность грунта. Теплоизолирующие свойства вспаханного грунта увеличиваются, если он будет покрыт слоем снега толщиной 25…30 см. Для этого производится искусственное снегозадержание. Для сохранения грунтов в рыхлом состоянии со вспаханного участка необходимо организовать отвод атмосферных вод. При выполнении указанных мер глубина промерзания грунта уменьшается примерно в 3 раза.

Глубокое рыхление предохраняет от промерзания несвязные грунты, но требует выполнения значительного объема земляных работ. Рыхление осуществляется одноковшовыми или многоковшовыми экскаваторами путем перелопачивания грунта отдельными проходками на глубину 1,3…1,5 м. Образующаяся при этом волнистая поверхность способствует задержанию снега. После глубокого рыхления мерзлый слой грунта не выходит за пределы разрыхленной зоны и легко разрабатывается.

Перекрёстное рыхление поверхности на глубину 30…40 см, второй слой которого располагается под углом 60….90°, а каждая последующая проходка выполняется с нахлёсткой на 20 см. Такая обработка, включая снежный покров, отодвигает начало замерзания грунта на 2,5…3,5 месяца, резко снижается общая глубина промерзания.

Снегозадержание является наиболее экономичным способом предохранения грунта от глубокого промерзания, но снегозадержание не всегда возможно из-за отсутствия достаточного количества снега. Коэффициент теплопроводности рыхлого снега в 7…10 раз меньше коэффициента теплопроводности грунта естественной влажности. Поэтому слоем снега в 1…1,5 м, искусственно задерживаемым или нагребаемым, можно с минимальными затратами надежно предохранять от промерзания площади любых размеров.

Ледозащитная оболочка пригодна для утепления горизонтальных участков со слабодренирующим грунтом. Площадка ограждается земляным валом высотой 50…60 см, и по всей ее площади через 1,5…2 м в шахматном порядке забиваются колья высотой 0,4 м над уровнем земли. При наступлении устойчивых морозов участок заливается водой. После образования ледяной корки толщиной 10…15 см воду удаляют через специальные отверстия, которые затем тщательно заделывают. Ледяная оболочка вместе со слоем снега и воздушной прослойкой надежно предохраняет грунт от глубокого промерзания.

Теплоизоляционные покрытия выполняют из дешевых местных материалов: древесных листьев, сухого мха, торфяной мелочи, соломенных матов, шлака, стружек и опилок, укладываемых слоем 20…40 см непосредственно по грунту. Поверхностное утепление грунта применяют в основном для небольших по площади выемок. Более эффективным является использование местных материалов в сочетании с воздушной прослойкой. Для этого на поверхности грунта раскладывают лежни толщиной 8…10 см, на них горбыли или другой подручный материал: ветки, прутья, камыши, – по которым сверху насыпают слой опилок или древесных стружек толщиной 15…20 см с предохранением их от сдувания ветром.

Такое укрытие чрезвычайно эффективно, оно фактически предохраняет грунт от промерзания в течение всей зимы. Целесообразно площадь укрытия (утепления) увеличивать с каждой стороны на 2…3 м, что предохранит грунт от промерзания не только сверху, но и сбоку. С началом разработки грунта вести его надо быстрыми темпами, сразу на всю необходимую глубину и небольшими участками. Утепляющий слой при этом нужно снимать только на разрабатываемой площади, в противном случае при сильных морозах будет быстро образовываться мерзлая корка грунта, затрудняющая производство работ.

Пропитку грунта солевыми растворами ведут следующим образом. На поверхности песчаного и супесчаного грунта рассыпают заданное количество соли (хлористого кальция 0,5 кг/м2, хлористого натрия 1 кг/м2), после чего грунт вспахивают. Соль при этом растворяется в грунтовой воде и равномерно пропитывает грунт. В грунтах с низкой фильтрующей способностью (глины, тяжелые суглинки) пробуривают скважины, в которые под давлением нагнетают раствор соли. Недостатком данного способа является – высокая трудоемкость и стоимость таких работ.

2. Способы оттаивания мёрзлых грунтов

Способы оттаивания мерзлого грунта можно классифицировать как по направлению распространения тепла в грунте, так и по применяемому виду теплоносителя. По первому признаку можно выделить следующие три способа оттаивания грунта.

Оттаивание грунта сверху вниз. Этот способ наименее эффективный, так как источник тепла в этом случае размещается в зоне холодного воздуха, что вызывает большие потери тепла. В то же время этот способ достаточно легко и просто осуществить, он требует минимальных подготовительных работ, в связи с чем часто применяется на практике.

Оттаивание грунта снизу вверх. Теплота распространяется от нижней границы мерзлого грунта к дневной поверхности. Способ наиболее экономичный, так как оттаивание происходит под защитой мерзлой корки грунта и теплопотери в пространство практически исключены. Тепловая энергия может быть частично сэкономлена за счет оставления верхней корки грунта в промерзшем состоянии. Она имеет наиболее низкую температуру, поэтому требует больших затрат энергии на оттаивание. Но этот тонкий слой грунта в 10…15 см будет беспрепятственно разработан экскаватором, для этого вполне хватит мощности машины. Главный недостаток этого способа в необходимости выполнения трудоемких подготовительных операций, что ограничивает область его применения.

При оттаивании грунта по радиальному направлению тепло распространяется в грунте радиально от вертикально установленных прогревающих элементов, погруженных в грунт. Этот способ по экономическим показателям занимает промежуточное положение между двумя ранее описанными, а для своего осуществления требует также значительных подготовительных работ.

Для выполнения оттаивания грунта по любому из этих трех способов необходимо участок предварительно очистить от снега, чтобы не тратить тепловую энергию на его оттаивание; переувлажнение грунта при этом недопустимо.

В зависимости от применяемого теплоносителя существуют следующие способы оттаивания.

Оттаивание непосредственным сжиганием топлива. Если в зимнее время необходимо выкопать 1…2 ямы, самое простое решение – обойтись простым костром. Поддерживание костра в течение смены приведет к оттаиванию грунта под ним на 30…40 см. Погасив костер и хорошо утеплив место прогрева опилками, оттаивание грунта внутрь будет продолжаться за счет аккумулированной энергии и за смену может достигнуть общей глубины до 1 м. При необходимости можно снова разжечь костер или разработать талый грунт и затем на дне ямы развести костер. Применяют способ крайне редко, так как только незначительная часть тепловой энергии расходуется продуктивно.

Огневой способ оттаивания применим для отрывки зимой небольших траншей. Для этого используется звеньевая конструкция из ряда металлических коробов усеченного типа, из которых легко собирается галерея необходимой длины, в первом из них устраивают камеру сгорания твердого или жидкого топлива (костер из дров, жидкое и газообразное топливо со сжиганием через форсунку). Тепловая энергия перемещается к вытяжной трубе последнего короба, создающей необходимую тягу, благодаря которой горячие газы проходят вдоль всей галереи и грунт под коробами прогревается по всей длине. Сверху короба желательно утеплить, часто утеплителем используют талый грунт (рис. 1).

Рис. 1 — Оттаивание грунта огневым способом: 1 – камера сгорания; 2 – вытяжная труба; 3 – обсыпка талым грунтом

После смены агрегат убирают, полосу оттаявшего грунта засыпают опилками, дальнейшее оттаивание продолжается за счет аккумулированного в грунте тепла.

Способ электропрогрева основан на пропускании тока через разогреваемый материал, в результате чего он приобретает положительную температуру. Основными техническими средствами являются горизонтальные или вертикальные электроды (рис. 2).

Рис. 2 — Оттаивание грунта способом электропрогрева (размеры в м): а) горизонтальными электродами; б) вертикальными электродами сверху вниз; в) то же, сверху вниз и снизу вверх; 1 – трехфазная электрическая сеть; 2 – горизонтальные полосовые электроды; 3 – слой опилок, смоченный соленой водой; 4 – слой толи или рубероида; 5 – стержневой электрод

При оттаивании грунта горизонтальными электродами по поверхности грунта укладывают электроды из полосовой или круглой стали, концы которых отгибают на 15…20 см для подключения к проводам. Поверхность отогреваемого участка покрывают слоем опилок толщиной 15… 20 см, которые смачивают солевым раствором с концентрацией 0,2…0,5 % с таким расчетом, чтобы масса раствора была не менее массы опилок. Вначале смоченные опилки являются токопроводящим элементом, так как замерзший грунт не является проводником.

Под воздействием теплоты, генерируемой в слое опилок, оттаивает верхний слой грунта, который превращается в проводник тока от электрода к электроду. После этого под воздействием теплоты начинает оттаивать следующий слой грунта, а затем нижележащие слои. В дальнейшем опилочный слой защищает отогреваемый участок от потерь теплоты в атмосферу, для чего слой опилок покрывают толем или щитами. Этот способ применяют при глубине промерзания грунта до 0,7 м. Расход электроэнергии на отогрев 1 м3 грунта колеблется от 150 до 300 МДж, температура в опилках не превышает 80…90 °С.

Оттаивание грунта вертикальными электродами осуществляют с применением стержней из арматурной стали с заостренными нижними концами. При глубине промерзания 0,7 м их забивают в грунт в шахматном порядке на глубину 20…25 см, а по мере оттаивания верхних слоев грунта, погружают на большую глубину.

При оттаивании сверху вниз необходимо систематически убирать снег и устраивать опилочную засыпку, увлажненную солевым раствором. Режим прогрева при использовании стержневых электродов такой же, как и при полосовых, причем во время отключения электроэнергии электроды следует последовательно заглублять по мере прогрева грунта до 1,3…1,5 м. После отключения электроэнергии, в течение 1-2 дней, глубина оттаивания продолжает увеличиваться за счет аккумулированной в грунте теплоты под защитой опилочного слоя. Расход энергии при этом способе несколько ниже, чем при способе горизонтальных электродов.

Применяя прогрев снизу вверх, до начала прогрева необходимо бурить скважины, расположенные в шахматном порядке, на глубину, превышающую на 15…20 см толщину мерзлого грунта. Расход энергии при отогреве грунта снизу вверх существенно снижается, составляя 50…150 МДж на 1 м3, а применять слой опилок не требуется.

При заглублении стержневых электродов в подстилающий талый грунт и одновременном устройстве на дневной поверхности опилочной засыпки (комбинированный способ), пропитанной солевым раствором, оттаивание происходит как в направлении сверху вниз, так и снизу вверх. При этом трудоемкость подготовительных работ значительно выше, чем в первых двух вариантах. Применяют этот способ лишь в исключительных случаях, когда необходимо экстренно осуществить оттаивание грунта.

Оттаивание токами высокой частоты. Этот метод позволяет резко сократить подготовительные работы, так как промерзший грунт сохраняет проводимость к токам высокой частоты, поэтому отпадает надобность в большом заглублении электродов в грунт и в устройстве опилочной засыпки. Расстояние между электродами может быть увеличено до 1,2 м, тогда их количество может быть сокращено почти в два раза. Процесс оттаивания грунта протекает относительно быстро.

Паровое оттаивание основано на впуске пара в грунт, для чего применяют специальные технические средства – паровые иглы, представляющие собой металлическую трубу длиной до 2 м, диаметром 25…50 мм. На нижнюю часть трубы насажен наконечник с отверстиями диаметром 2…3 мм. Иглы соединяют с паропроводом гибкими резиновыми шлангами с кранами.

Иглы вставляют в скважины, предварительно пробуриваемые на глубину, равную 70 % глубины оттаивания. Скважины закрывают защитными колпаками, снабженными сальниками для пропуска паровой иглы. Пар подают под давлением 0,06…0,07 МПа. После установки аккумулированных колпаков прогреваемую поверхность покрывают слоем термоизолирующего материала (например, опилок). Иглы располагают в шахматном порядке с расстоянием между центрами 1…1,5 м. Расход пара на 1 м3 грунта составляет 50…100 кг. Этот метод требует расхода теплоты примерно в 2 раза больше, чем метод глубинных электродов.

Оттаивание грунта теплоэлектронагревателями. Данный метод основан на передаче теплоты мерзлому грунту контактным способом. В качестве основных технических средств применяются электроматы, изготавливаемые из специального теплопроводящего материала, через который пропускают электрический ток — рис. 3

Рис. 3 — Оттаивание грунта электроматами

Прямоугольные электроматы, размеры которых могут закрывать поверхность от 4…8 м2, укладываются на оттаиваемый участок и подсоединяются к источнику электричества напряжением 220В. При этом образующееся тепло эффективно распространяется сверху вниз в толщу мерзлого грунта, что приводит к его оттаиванию. Время, необходимое для оттаивания, зависит от температуры окружающего воздуха и от глубины промерзания грунта и в среднем составляет 15…20 ч.

Оттаивание электронагревателями основано на передаче теплоты мерзлому грунту контактным способом. В качестве основных технических средств применяют электроиглы, представляющие собой стальные трубы длиной около 1 м, диаметром до 50…60 мм. Внутри иглы установлен нагревательный элемент, изолированный от корпуса трубы. Нагревательный элемент имеет контактные выводы для подключения к электрической цепи. Нагреваясь, он передает тепловую энергию стальному корпусу, а тот мерзлому грунту. При оттаивании грунтов этим способом теплота распространяется в радиальном направлении. Существуют и другие способы оттаивания грунтов.

3. Разработка мёрзлых грунтов без предварительного рыхления, способы рыхления мерзлых грунтов

Разработка мёрзлого грунта (без предварительного рыхления) осуществляется двумя методами – блочным и механическим.

Блочный метод основан на том, что монолитность мерзлого грунта нарушается с помощью разрезки его на блоки, которые затем удаляют экскаватором, строительным краном или трактором (рис. 4). Разрезку на блоки выполняют по взаимно перпендикулярным направлениям. При малой глубине промерзания (до 0,6 м) достаточно сделать только продольные прорезы. Глубина прорезаемых в мерзлом слое щелей должна составлять примерно 80 % от глубины промерзания, так как ослабленный слой на границе мерзлой и талой зон не является препятствием для отрыва блоков от массива. Расстояние между щелями зависит от размеров кромки ковша экскаватора (размеры блоков должны быть на 10…15 % меньше ширины зева ковша экскаватора). Для отгрузки блоков применяют экскаваторы с ковшами вместимостью 0,5 м3 и выше, оборудованные преимущественно обратной лопатой, так как выгрузка блоков из ковша прямой лопатой сильно затруднена.

Механический метод основан на силовом, а чаще в сочетании с ударным или вибрационном воздействии на массив мерзлого грунта. Реализуется метод применением обычных землеройных и землеройнотранспортных машин и машин со специально разработанными для зимних условий рабочими органами.

Обычные серийные машины применяют в начальный период зимы, когда глубина промерзания грунта незначительна. Прямая и обратная лопата с ковшом вместимостью более 0,65…0,4 м3 могут разрабатывать грунт при глубине промерзания 0,25…0,3 м; экскаватор-драглайн – до 0,15 м; бульдозеры и скреперы в состоянии разрабатывать промерзший грунт на глубину до 0,15 м.

Рис. 4 — Схема блочной разработки грунта (размеры в м): а) нарезка щелей баровой машиной; б) метод разработки котлована с извлечением блоков из забоя строительным краном; в) то же, с извлечением блоков трактором; 1 – мерзлый слой грунта; 2 – режущие цепи (бары); 3 – экскаватор; 4 – щели в мерзлом грунте; 5 – нарезанные блоки; 6 – удаляемые блоки; 7 – стоянки крана; 8 – транспортное средство; 9 – клещевой захват; 10 – строительный кран; 11 – трактор

Для зимних условий разработано специальное оборудование для одноковшовых экскаваторов – ковши с виброударными активными зубьями и ковши с захватно-клещевым устройством (рис. 5). Затраты энергии на резание грунта примерно в 10 раз больше, чем на скалывание. Вмонтирование в режущий край ковша экскаватора виброударных механизмов, аналогичных по работе отбойному молотку, приносит хорошие результаты. За счет избыточного режущего усилия такие одноковшовые экскаваторы могут послойно разрабатывать массив мерзлого грунта. Процесс рыхления и экскавации грунта происходит одновременно.

Разработку грунта осуществляют и многоковшовыми экскаваторами, специально разработанными для проходки траншей в мерзлом грунте. Послойную разработку грунта можно осуществлять специализированной землеройно-фрезерной машиной, снимающей стружку глубиной до 0,3 м и шириной 2,6 м. Перемещение разработанного мерзлого грунта производят бульдозерным оборудованием, входящим в комплект машины.

Рис. 5 — Механический способ непосредственной разработки грунта: а) ковш экскаватора с активными зубьями; б) разработка грунта экскаватором «обратная лопата» и захватно-клещевым устройством; в) землеройно-фрезерная машина; 1 – ковш; 2 – зуб ковша; 3 – ударник; 4 – вибратор; 5 – захватно-клещевое устройство; 6 – отвал бульдозера; 7 – гидроцилиндр для подъема и опускания рабочего органа; 8 – рабочий орган (фреза)

Способы рыхления мёрзлых грунтов. Рыхление мёрзлого грунта с последующей разработкой землеройными и землеройно-транспортными машинами осуществляют механическим или взрывным методом.

Механическое рыхление мерзлого грунта с использованием современных строительных машин повышенной мощности приобретает все большее распространение. В соответствии с требованиями экологии, перед зимней разработкой грунта необходимо в осенний период снять бульдозером слой растительного грунта с намеченного для разработки участка. Механическое рыхление базируется на резании, раскалывании или сколе слоя мерзлого грунта статическим или динамическим воздействием.

При динамическом воздействии на грунт осуществляется его раскалывание или сколы молотами свободного падения и направленного действия. Этим способом рыхление грунта производят молотами свободного падения (шар- и клин-молотами), подвешенными на канатах на стрелы экскаваторов, либо молотами направленного действия, когда рыхление осуществляется сколом грунта (рис. 6).

Рис. 6 — Рыхление мерзлого грунта динамическим воздействием (размеры в м): а) схема рыхления молотом свободного падения; б) то же, дизель молотом; в) то же, вибромолотом; г) глубина промерзания менее 1,5 м; д) глубина промерзания более 1,5 м; 1 – молот; 2 – экскаватор; 3 – мерзлый слой грунта; 4 – направляющая штанга; 5 – дизель-молот; 6 – вибромолот

Шар-молот изготавливается из стального литья шаровидной и грушевидной формы. Клин-молот (весом 2,4…4,5 т) может быть литым или сварным из проката; конусным, с двусторонним клином или с двусторонним клином и дополнительными зубьями. Количество ударов по одному месту зависит от глубины промерзания и рода грунта, веса и высоты подъёма груза. Рыхление механическим способом позволяет осуществлять его разработку землеройными и землеройно-транспортными машинами.

Молоты массой до 5 т сбрасывают с высоты 5…8 м: молот в форме шара рекомендуется при рыхлении песчаных и супесчаных грунтов, клины-молоты – для глинистых (при глубине промерзания 0,5…0,7 м). В качестве молота направленного действия широко применяют дизель-молоты на экскаваторах или тракторах; они позволяют разрушать промороженный грунт на глубину до 1,3 м.

Статическое воздействие основано на воздействии непрерывного режущего усилия в мерзлом грунте специальным рабочим органом – зубом. Для этого применяют специальное оборудование, у которого непрерывное режущее усилие зуба создается за счет тягового усилия трактора-тягача. Машины этого типа производят послойную проходку мерзлого грунта, обеспечивая за каждую проходку глубину рыхления порядка 0,3…0,4 м.

Рыхлят грунт параллельными (примерно через 0,5 м) проходками с последующими поперечными проходками под углом 60…90° к предыдущим. Производительность рыхлителя 15…20 м3/ч. В качестве статических рыхлителей применяют гидравлические экскаваторы с рабочим органом – зубом-рыхлителем (рис. 7). Широко используются для рыхления баровые установки.

Рис. 7 — Рыхление мерзлого грунта статическим воздействием: а) бульдозерно-рыхлительным агрегатом; б) экскаватором-рыхлителем; 1 – направление хода рыхлителя

Возможность послойной разработки мерзлого грунта делает статические рыхлители применимыми независимо от глубины промерзания.

Рыхление взрывом наиболее экономично при больших объемах работ, значительной глубине промерзания, в особенности, если энергию взрыва используют не только для рыхления, но и для выброса земляных масс в отвал (рис. 8). Но этот способ можно применять только на участках, расположенных вдали от жилых домов и промышленных зданий. При использовании укрытий и локализаторов (тяжёлых пригрузочных плит) взрывной способ рыхления грунтов можно применять и вблизи зданий.

В зависимости от глубины промерзания грунта взрывные работы выполняют методами:

• шпуровых и щелевых зарядов при глубине промерзания грунта до 2 м;
• скважинных и щелевых зарядов при глубине промерзания свыше 2 м.

Рис. 8 — Рыхление мерзлого грунта взрывом (размеры в м): а) схема расположения щелевых зарядов; б) профиль выемки; в) общая организационная схема; 1 – зарядная щель; 2 – компенсирующая щель; 3 – автосамосвал; 4 – экскаватор для разработки немерзлого грунта; 5 – бульдозер;6 – экскаватор для погрузки мерзлого разрыхленного взрывом грунта; I…III – захватки

Шпуры просверливают диаметром 22…50 мм, скважины – 900… 1100 мм, расстояние между рядами принимается от 1 до 1,5 м. Щели на расстоянии 0,9…1,2 м одна от другой нарезают щеленарезными машинами фрезерного типа или баровыми машинами. Из трех соседних щелей заряжается одна средняя, крайние и промежуточные щели служат для компенсации сдвига мерзлого грунта во время взрыва и для снижения сейсмического эффекта. Заряжают щели удлиненными или сосредоточенными зарядами, после чего их забивают песком. При взрывании мерзлый грунт полностью дробится, не повреждая стенок котлована или траншеи.

4. Охрана труда при производстве земляных работ

Требования охраны труда при производстве земляных работ регламентируются действующими нормативными документами, основные положения изложены в ТКП 45-1.03-40-2006 «Безопасность труда в строительстве. Общие требования», ТКП 45-1.03-44-2006 «Безопасность труда в строительстве. Строительное производство».

Перед началом земляных работ, в соответствии с проектом, на местности должны быть отмечены все подземные сооружения, расположенные в зоне разработки грунта. Особую осторожность следует проявлять, если на участке находятся электрокабели, так как их повреждение во время производства работ может привести к несчастным случаям.

Земляные работы в зонах подземных коммуникаций можно проводить только с письменного разрешения организации, в ведении которой находятся эти коммуникации, и в присутствии их представителя. Для предохранения сооружения от возможных повреждений принимают соответствующие меры. В местах расположения электрокабелей грунт разрешается разрабатывать только при помощи лопат; ударные инструменты (ломы, кирки и др.) применять не разрешается.

Если на участке оказываются подземные сооружения, не предусмотренные проектом, работы на этом месте приостанавливают до выяснения характера обнаруженного сооружения.

В случае появления в разрабатываемых выемках вредных газов, рабочих нужно эвакуировать, а работы прекратить до принятия мер по обезвреживанию места загрязнения.

Для спуска рабочих в котлованы и траншеи должны быть установлены стремянки шириной не менее 0,75 м с перилами, а в узких местах – приставные лестницы; пользоваться для этой цели распорками креплений запрещается.

Территорию производства работ в населенных пунктах необходимо ограждать c предупредительными надписями; в ночное время – освещать.

Движущиеся по отсыпанной насыпи транспортные и землеройные машины не должны приближаться к бровке ближе, чем на 0,5 м. При работе в ночное время рабочие места должны быть освещены, а землеройные, транспортные и землеройно-транспортные машины должны иметь индивидуальное освещение.

Котлованы и траншеи разрабатывают с устройством откосов либо с креплением их стенок. Предельно допустимая крутизна откосов котлованов и траншей и правила их рытья с вертикальными стенками без креплений

установлены нормативной документацией в зависимости от группы грунта, его влажности и глубины выемки. При разработке выемок с вертикальными стенками состояние креплений необходимо проверять ежесменно.

Снимать крепления разрешается лишь в присутствии производителя работ или мастера; крепления снимают в направлении снизу вверх по одной доске при слабых грунтах, по две и не более трех – при устойчивых грунтах.

В зимнее время земляные работы по устройству котлованов и траншей с вертикальными стенками допускаются без креплений только на глубину промерзания грунта. При дальнейшем углублении стенки надо крепить.

Материалы, транспортные средства и механизмы вдоль верхней бровки котлованов и траншей необходимо размещать вне призмы обрушения. Исходя из этого, расстояние от оси погрузочного пути до бровки разрабатываемого откоса (при угле наклона его меньше или равном углу естественного откоса) принимают: для железнодорожного пути нормальной колеи – 4 м; автотранспорта и железнодорожного пути узкой колеи – 2,5 м. Экскаваторы во время работы следует располагать на спланированных площадках.

Пребывание людей в пределах призмы обрушения и в зоне разворота стрелы экскаватора запрещается. Получающиеся в забоях «козырьки» немедленно срезают. Погрузка грунта на автомобили экскаваторами должна производиться со стороны заднего или бокового борта автомобиля.

При гидромеханических работах вблизи населенного пункта территорию производства работ ограждают. Перед началом работ людей удаляют из района действия струи гидромонитора. Запрещается увеличивать рабочее давление гидромонитора сверх указанного в заводском паспорте. Воздушные линии электропередач, проходящие над забоем, должны быть перенесены, – возможность соприкосновения струи воды с проводами высокого напряжения должна быть исключена. Работа гидромонитора во время грозы запрещается. К работе допускаются лица, прошедшие техминимум и сдавшие экзамен по технике безопасности.

В зимних условиях во время работ по креплению откосов и берегов в необходимых местах устраивают дощатые настилы для прохода рабочих. При подаче на откос камня, бревен, фашин и других материалов рабочих удаляют из района складывания. При наступлении оттепели необходимо следить за состоянием льда и регулировать движение людей и транспорта.