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.
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).
Тепловые способы оттаивания грунта делятся на поверхностные (по принципу «сверху вниз») и глубинные.
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].
Способ электроотогрева мерзлого грунта с использованием электролита успешно применяли в трестах «Алексин-промстрой», «Туладорстрой», «Новомосковскхимстрой», и как показали исследования, химдобавки (электролита) практически не оказывают коррозионного действия настрой-тельные конструкции.
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.
Строительные машины и оборудование
→ Для специальных земляных работ
→ Дорожно-строительные машины
→ Строительное оборудование
→ Асфальтоукладчики и катки
→ Большегрузные машины
→ Строительные машины, часть 2,
→ Дорожные машины, часть 2
→ Ремонтные машины
→ Ковшовые машины
→ Автогрейдеры
→ Экскаваторы
→ Бульдозеры
→ Скреперы
→ Грейдеры
Эксплуатация строительных машин
→ Эксплуатация средств механизации
→ Эксплуатация погрузочных машин
→ Эксплуатация паровых машин
→ Эксплуатация экскаваторов
→ Эксплуатация подъемников
→ Эксплуатация кранов перегружателей
→ Эксплуатация кузовов машин
→ Крановщикам и стропальщикам
Ремонт строительных машин
Ремонт дорожных машин
Ремонт лесозаготовительных машин
Ремонт автомобилей КАмаЗ
Техническое обслуживание автомобилей
Очистка автомобилей при ремонте
Материалы и шины
Остались вопросы по теме:
"Подготовка грунтов тепловым методом"
— воспользуйтесь поиском.
→ Машины городского хозяйства
→ Естественная история машин
→ Транспортная психология
→ Пожарные автомобили
→ Автомобили-рефрижераторы
→ Монтаж и эксплуатация лифтов
→ Тракторы