Оттаивание мерзлого грунта можно осуществлять методом

Обновлено: 18.05.2024

Подготовка грунтов тепловым методом

Способы подготовки разделяются на два: естественное и искусственное оттаивание.

Естественное оттаивание не требует каких-либо технических мероприятий. Искусственное оттаивание требует специальных мероприятий. Естественное оттаивание может происходить только в одном направлении — сверху вниз, от поверхности земли, а искусственное — в разных направлениях сверху вниз, снизу вверх и комбинированным способом.

Совершенствование средств и способов подготовки является не менее важной задачей для разработки вечномерзлых грунтов, чем совершенствование машин.
Следует указать, что в ряде случаев способы подготовки не конкурируют, а дополняют друг друга. Например, подготовка к вскрышным работам может осуществляться с применением оттаивания или взрывного рыхления. При этом оттаивание должно производиться в летнее время для продления сезона вскрышных работ на сентябрь и октябрь. Взрывное же рыхление производится в зимнее время, чтобы дать возможность проводить вскрышные работы ранней весной — в феврале — апреле. Таким образом, эти два способа подготовки в данном случае дополняют друг друга и вместе могут обеспечить продление сезона разработки грунта на 4…5 мес.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Кроме указанных способов подготовки мерзлых грунтов, существуют способы и средства предохранения грунта от промерзания, а также способ химического размораживания мерзлых грунтов и их утепления реагентами.

Тепловые способы подготовки мерзлого грунта в промышленном и гражданском строительстве применяют в тех случаях, когда невозможно использовать механизированное оборудование для рыхления мерзлых грунтов, или в стесненных условиях, а именно: – при близком расположении от места производства земляных работ трубопроводов, кабелей и сооружений, исключающих взрывной и ударный способы рыхления грунта; – при отсутствии механического оборудования, предназначенного для рыхления мерзлого грунта; – при небольших объемах земляных работ и наличии необходимых ресурсов для оттаивания грунта (пара, горячей воды, газа или дешевой электроэнергии).

Поверхностное оттаивание грунта можно производить подогретым воздухом от сжигания под коробом (галереей из сборных элементов) твердого топлива (дров, кокса, каменного угля), жидкого (керосина, бензина, мазута, нефти) или газообразного топлива, а также с помощью паровых или водяных регистров, укладываемых непосредственно на расчищенную от снега поверхность отогреваемого участка. Регистры закрываются термоизоляционным слоем из песка или опилок.

В целях повышения эффективности оттаивания грунта подогретым воздухом и уменьшения теплоотдачи в атмосферу галерею следует обсыпать грунтом.
Поверхностное оттаивание грунта рационально применять при глубине промерзания до 0,5…0,6 м. При большей глубине возрастают удельные затраты труда, а следовательно, и стоимость работ.

Глубинное оттаивание можно производить паром, горячей водой, электродами.

Паропрогрев или водопрогрев применяют при глубине промерзания до 1,5 м с помощью игл, погруженных в грунт, и при наличии вблизи источника тепла (котельных, тепловых сетей). Иглы устанавливают в предварительно пробуренные в грунте шпуры на расстоянии 1…1.5 м друг от друга в один ряд при разработке траншеи и в несколько параллельных рядов в шахматном порядке при разработке котлованов.

Парооттаивание грунтов целесообразно производить в тех случаях, когда оно подтверждено технико-экономическими расчетами.

Бурение шпуров производится самоходной установкой типа БТС.

Сущность способа паропрогрева основана на отдаче паром при охлаждении скрытой теплоты парообразования. Паровые иглы погружают на глубину 0,7…0,75 глубины мерзлого слоя и подключают по 20…30 игл к магистральному трубопроводу. Давление пара на вводе должно быть не менее 1,5 кПа.

Оттаивание мерзлого грунта паровыми иглами ведут с перерывами 1…1.5 ч при общей продолжительности 2…3 ч в песчаных грунтах и 3…5 ч в суглинистых и глинистых.

Радиус оттаивания принимают в среднем в пределах 0,5…0,75 м, что зависит от вида грунта, его влажности и глубины промерзания. Недостаток этого способа оттаивания — высокая стоимость (1… 1,4 руб. за 1 м3), большой расход пара (в среднем 15…20 кг/ч).

Электропрогрев грунта вертикальными стержневыми электродами можно вести сверху вниз, снизу вверх, а также комбинированным способом (одновременно).

Электроды забивают на всю толщину мерзлого грунта так, чтобы 5… 10 см электродов вошли в незамерзший грунт. Полное заглубление электродов осуществляется на глубину 1,3… 1,5 м, поэтому вертикальные электроды применяют при глубине промерзания более 0,7 м.

Расстояние между электродами при напряжении 220 в принимают 40…50 см, при напряжении 380 в — 70. 80 см.

Продолжительность оттаивания током составляет 1,5… 2 сут, после этого в течение I…2 сут продолжается постепенное увеличение глубины оттаивания за счет аккумулированного в грунте тепла.

Вертикальные стержневые электроды-иглы представляют собой стальные трубы длиной около 1 м и диаметром до 50…60 мм. Иглы вставляют в скважины, предварительно пробуренные в шахматном порядке, на расстоянии 0,6… 0,8 м друг от друга. Внутри иглы монтируют нагревательный элемент, изолированный от корпуса трубы. Простота их изготовления и широкий диапазон изменения их температуры и мощности делают электрические иглы особенно удобными при производстве работ по оттаиванию грунта.

Электрический ток, пройдя по талому грунту под мерзлым слоем (мерзлый грунт плохо пропускает ток), выделяет тепло, которое аккумулируется и оттаивает вышележащие слои мерзлого грунта, процесс идет снизу вверх.

Для снижения времени оттаивания и стоимости работ рекомендуется электрохимический способ прогрева мерзлых грунтов, суть которого заключается в том, что в трубчатые перфорированные электроды диаметром 19…25 мм заливают 1,5…2 и 4%-ного водного раствора электролита (хлорид натрия в сочетании с хлоридом кальция), который выделяет много тепла при прохождении через раствор электрического тока.

Рис. 132. Зависимость требуемого времени прогрева грунта от глубины промерзания при различном расстоянии между электродами
1 — при распространении электролита на 0,25 м от электрода; 2 — при распространении электролита на 0,40 м от электрода

Водный раствор электролита диффундирует в талой зоне грунта со скоростью 15…20 см/ч. Через 1,5…2 ч после введения электролита в грунт и выравнивания его содержания по высоте и площади талой зоны на 0,25—0,4 м от электрода включают электроды в электросеть напряжением 380 в.

Для районов со средней температурой воздуха —15 °С и глубиной промерзания до 1,5 м время оттаивания составляет 10…12 ч, стоимость 0,67 руб/м3, трудоемкость 0,07 чел. дн/м3, расход электроэнергии 20…24 кВт ч/м3, средняя мощность 5…5,5 кВт/м3 (рис. 132).

Электроды погружают на 20…25 см ниже фронта промерзания грунта и располагают рядами в шахматном порядке на расстоянии 0,6…1 м друг от друга.
При применении вертикальных стержневых электродов продолжительность оттаивания током составляет 1,5…2 суток, энергоемкость 18 кВт-ч/м3, стоимость 1,13 руб/м3, трудоемкость 0,09 чел. дн/м3 [21].

Трубчатые электронагреватели (ТЭНы) относятся к электроприборам, с помощью которых грунт оттаивают ра-диально в горизонтальном направлении. Электронагреватели рассчитаны на напряжение 220…380 В, силу тока 5 А и температуру нагрева 300…600 °С. ТЭНы включают в цепь электрического тока последовательно, опускают в заранее пробуренные шпуры диаметром до 50 мм и располагают в плане в шахматном порядке на расстояниях 0.5…1 м.
Для прогрева грунта применяют также коаксиальные электронагреватели, которые представляют собой две трубы длиной 1,5 м, диаметром 25 и 13 мм, вставленные соосно одна в другую.

138. Сопоставление трудозатрат, стоимости и энергоемкости при оттаивании грунта

Зазор между трубами заполняют сухим песком и жидким стеклом. Нагреватели рассчитаны на напряжение 65 в. Нагреватели погружают в шпуры диаметром 80 мм и глубиной 1,3… 1,4 м и соединяют между собой последовательно. Трубы нагреваются равномерно по всей длине до температуры 250…300 °С. В комплект входят 96 нагревателей. Площадь участка, отогреваемого одной такой установкой, составляет 202 м2, процесс отогрева длится 1,5…2 суток при расходе 10…42 кВт-ч на 1 м3 мерзлого грунта.

При оттаивании грунта любым способом нет необходимости отогревать его на всю глубину, так как последний слой на толщину 0,25…0,5 м может быть разработан экскаватором вместе с отогретым гр унтом.

По нормам техники безопасности прогреваемую электродами площадь следует ограждать, устанавливать на ней предупредительные сигналы, а в ночное время освещать. Расстояние между ограждением и контуром прогреваемого участка должно быть не менее 3 м. В табл. 138 приведено сопоставление стоимости различных способов оттаивания грунтов.

На ряде строек, где глубина промерзания более 1,5 м и стесненные условия, применяют размораживание с помощью химических реагентов. В общем объеме подготовки мерзлых грунтов химический способ занимает 0,5% из-за энергоемкости и большой трудоемкости. Однако этот способ является целесообразным при разработке небольших разбросанных объектов с промерзанием грунта до 1,5… 1,8 м.

Сущность химического способа размораживания грунтов состоит в том, что раствор реагента (хлористого натрия), введенный в грунт, растворяет кристаллы льда, цементирующие минеральный скелет мерзлого грунта, нарушая сцепление его частиц.

Расчищенная от снега поверхность участка, взрыхленная вспахиванием на глубину 20…30 см, обрабатывается 25%-ным раствором хлористого натрия или отходами химических производств, имеющими высокое содержание хлористого натрия.

Обработанная раствором площадка выстаивается в течение 3…5 дней, после чего приступают к разработке грунта. Работу по внесению реагентов необходимо выполнять осенью до наступления устойчивых отрицательных температур за 10…25 суток с тем расчетом, чтобы количество соли, нанесенное на поверхность ко времени разработки грунта, растворилось и проникло в грунт.

Химические реагенты вводятся в грунт либо россыпью по поверхности с дополнительным разливом концентрированных растворов, либо заливаются в шпуры, которые бурятся на глубину, равную 0,7…0,8 глубины промерзания, размещаемые в шахматном порядке на расстояние 0,6…1 м друг от друга.

Концентрированный раствор, подогретый до температуры 70…90 °С, разливают за 2…3 приема с перерывами, достаточными для полного проникновения в грунт (1…2 суток). Общий расход растворов реагентов для размораживания грунтов составляет в среднем 30…50 л на 1 м3 грунта.

Неплохие результаты получены при производстве земляных работ с применением химических реагентов в основном на песчаных и супесчаных грунтах (на строительстве Братской ГЭС. на Кольском полуострове, Подмосковье). При работе в суглинках этот метод дает положительный эффект при степени влажности грунта до 0,7…0,8. По мере увеличения влажности размораживание замедляется и при значениях, равных 0,9…0,95, практически прекращается. При глубине промерзания 1,5… 1,8 м и влажности 12…26% длительность размораживания составляет для гравелистых грунтов 3…5, для песчаных 6…8, для супесчаных 10.. 15 дней. Стоимость химического способа размораживания в зависимости от конкретных условий составляет 0,3…. 0,9 руб/м3.

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.

Читайте также: