При замерзании грунта его механическая прочность значительно возрастает и как следствие — затраты времени на его разработку резко возрастают. В то же время временные выемки в мерзлом грунте можно возводить без откосов, что снижает затраты на его разработку.
Разработка мерзлого грунта одноковшовыми экскаваторами (прямая и обратная лопата) без предварительного рыхления допускается при толщине мерзлого слоя до 0,25 м ковшом емкостью 0,5—0,65 м3; 0,4 м — ковшом емкостью 1—1,25 м3.
Подлежащий разработке грунт при промерзании его на большую глубину должен быть предварительно подготовлен одним из следующих способов:
1) предохранение грунта от промерзания;
2) оттаивание мерзлого грунта;
3) рыхление мерзлого грунта.
Способ подготовки должен выбираться и обосновываться в проекте в зависимости от объемов и условий работ, сроков их выполнения и наличия оборудования.
Предохранение грунта от промерзания следует осуществлять:
— предварительным рыхлением до промерзания грунта (вспахиванием, боронованием, перелопачиванием экскаватором);
— покрытием поверхности грунта теплоизоляционными материалами с удержанием снежного покрова.
Предохранять грунт от промерзания необходимо до наступления устойчивых отрицательных температур. При планировании разработки грунта в первой трети зимнего периода следует предусматривать вспахивание грунта с последующим боронованием и удержание снежного покрова, а в остальное зимнее время — глубокое рыхление (перелопачивание) или утепление грунта тепло-изолирующими материалами.
Утепление грунта осуществляют соломой, опилками, сухим торфом или шлаком, а также синтетическими покрытиями на площади в контуре траншей котлована или выемки с уширением с каждой стороны на глубину промерзания. Толщина слоя утеплителя определяется расчетом.
Способы оттаивания мерзлых грунтов основаны на том, что за счет теплоты, передаваемой в слой мерзлого грунта, лед в его порах растапливается и грунт делается талым.
Способы оттаивания мерзлого грунта классифицируются по направлению распространения теплоты и применяемому виду теплоносителя.
По первому признаку выделяют три способа оттаивания грунта:
— сверху вниз (поверхностный);
— снизу вверх (глубинный);
— по радиальному направлению.
По виду теплоносителя различают следующие основные способы оттаивания мерзлых грунтов:
—огневой, в тепляках горизонтальными и вертикальными электродами с подключением к источникам электроэнергии (электропрогрев);
— с помощью пара или водяных регистров водяными циркуляционными иглами;
— солевыми растворами;
— предварительно нагретым песком или шлаком.
Подготовку к разработке мерзлых грунтов с помощью оттаивания следует применять в стесненных условиях, труднодоступных местах и при незначительных объемах работ (до 50 м3), а также при невозможности использования других, более экономичных способов. При глубине промерзания грунта более 0,4 м его оттаивание лучше производить радиальным (глубинным) методом, устанавливая нагреватели в толщине мерзлого грунта.
Прогрев грунта производят с помощью нагревательных приборов в виде игл, устанавливаемых в пробуренных в мерзлом слое скважинах. Иглы могут быть электрические, водяные циркуляционные и паровые. Электрические иглы делают из труб длиной 1,5 м, внутри которых размешают электрические нагревательные элементы сопротивления из нихромовой проволоки. Устанавливают иглы в пробуренные скважины.
Водяные иглы требуют устройства специальной котельной, а теплопроводы — постоянного надзора, так как в сильные морозы возможно их замерзание. Водяные и паровые иглы неэкономичны и используются очень редко. При меньшей глубине промерзания допускается применять способ поверхностного оттаивания.
Иглы для оттаивания грунта
а — водяная циркуляция;
б — электрическая;
1 — фланец;
2 — внутренняя трубка;
3 — труба;
4 — наконечник;
5 — нихромовая спираль;
6 — асбестовый порошок
Работа землеройных машин с подготовленным к разработке грунтом должна производиться непрерывно и круглосуточно узким фронтом во избежание промерзания грунта во время перерывов.
Для предотвращения промерзания грунта в отрытых траншеях и вторичного смерзания разрыхленного грунта необходимо: не раскрывать площади грунта, покрытые теплоизоляционными материалами или снегом, до начала производства работ; защищать от промерзания грунт открытых частей котлованов, траншей, подлежащих разработке при последующих проходках.
Обратную засыпку котлованов и траншей следует производить, выполняя следующие требования:
— количество мерзлых комьев в грунте, которым засыпаются пазухи между стенками котлованов или траншей, не должно превышать 15% общего объема засыпки.
— траншеи, разработанные в зимнее время, следует засыпать немедленно после укладки и испытания труб, не допуская повреждения их изоляции.
