Пароводяное и огневое оттаивание производят поверхностными нагревательными батареями (в тепляках), циркуляционными иглами, сжиганием топлива открытым способом или в тепляках.

Перечисленные способы требуют относительно сложных подготовительных работ и достаточно громоздкого оборудования.

Наиболее целесообразно применять оттаивание при прокладке внутригородских и внутриквартальных траншей, при отсутствии механизмов для разработки мерзлых грунтов, в стесненных условиях, для производства планировочных работ и работ вблизи различных подземных коммуникаций. В среднем на оттаивание 1 м3 грунта требуется 2—3 кг условного топлива. Однако продолжительность оттаивания грунта достигает в некоторых случаях двух и более суток. Например, оттаивание водяными и паровыми иглами происходит в течение 40— 100 ч при энергоемкости 32—56 кВт • ч/м3 (4—7кг условного топлива).

Для устранения этих недостатков следует проводить неполное оттаивание грунта, утеплять нагревательные приборы и участки оттаиваемого грунта, автоматизировать сам процесс, строго выдерживать заданный режим работы приборов и др.

Наиболее эффективным является оттаивание грунта до температуры минус 0,5—1° С. При этом затрачивается тепла в 2—2,2 раза меньше, чем при полном оттаивании (до температуры +5° С), грунт достаточно легко разрабатывается экскаваторами.

Предохранение от промерзания грунтов производят следующими способами: пахотой с последующим боронованием; предварительно глубоким рыхлением и перелопачиванием грунта; вспахиванием (на глубину 20—30 см) с последующим боронованием и предохранением слоем снега; утеплением опилками, листьями и пр. Стоимость работ составляет 0,25—0,35 руб. за 1 м3 грунта.

Однако эти способы имеют ограниченное применение, так как при промерзании грунта более чем на 1 м они неэффективны, а также в связи с тем, что вспашка должна проводиться за 3—5 месяцев до начала производства работ. В местах с довольно мягкими климатическими условиями и при достаточно длительных сроках строительства эти способы не применяются.

Наиболее перспективными и экономически целесообразными из описанных способов являются предварительное (до начала холодов) перекрестное вспахивание на глубину 25 см с последующим боронованием и снегозадержанием и предварительное глубокое рыхление грунта на глубину 1—1,3 м.

Рыхление взрывом является наиболее производительным способом при производстве больших объемов земляных работ. Различают два основных способа ведения взрывных работ: шпуровой (открытыми и закрытыми мелкошпуровыми зарядами и взрывами котловых зарядов) и минный (взрывами горизонтальных рукавов или минных колодцев).

Для бурения шпуров и добычи блоков в карьерах штучного камня применяют термическое бурение.

Буровзрывные работы проводятся при больших объемах работ станками вращательного и ударного бурения. Стоимость работ этими способами составляет 0,35—0,4 руб. за 1 м3 Они требуют значительного расхода рабочей силы на бурение шпуров и большого количества дорогостоящих взрывчатых веществ. Кроме того, при рыхлении грунта взрывом мелкие куски подвергаются вторичному смерзанию.

Наиболее прогрессивным оборудованием для производства взрывных работ являются автоматизированные трехшпиндельные буровые станки.

Механические способы разработки грунта в зимнее время находят очень широкое применение. В среднем энергоемкость разработки 1 м8 грунта механическими способами составляет 10е Дж.

При разрушении ударом используются подвесные клин-молоты или дизель-молоты на экскаваторах или тракторах, отбойные молотки и гидропружинные рыхлители. Стоимость разработки 1 м3 грунта этим способом составляет в среднем 0,8—1 руб.

Клин-молоты, подвешенные на решетчатую стрелу экскаватора, получили наибольшее применение благодаря простоте конструкции. В то же время их использование связано с большими дополнительными расходами и быстрым износом экскаватора в результате возникновения значительных динамических нагрузок. Применение клин-молотов возможно на открытых площадках, вдали от сооружений и различных коммуникаций — трубопроводов, линий связи, электропередач и т. д.

Разработка грунтов резанием с помощью дисковых фрез, баровых рабочих органов и траншейными экскаваторами является наиболее приемлемым способом для производства небольших объемов работ, а также для прокладывания различных траншей. Стоимость разработки 1 м3 грунта этим способом составляет в среднем 0,3—0,4 руб.

При рытье котлованов и траншей в плотных грунтах VI—VIII групп крепости успешно применяются одно- или многобаровые машины на базе тракторов мощностью 80—180 кВт. Проходка траншей в скальных грунтах производится баровой машиной совместно с экскаваторами, вместимость ковшей которых 0,65 или 0,35 м3.

Баровая машина устанавливается вдоль намеченной трассы и включается бар. При достижении угла наклона бара к поверхности земли около 85° положение бара фиксируется и включается механизм передвижения трактора.

Скорость трактора выбирается в зависимости от крепости грунта. При достижении конечной точки трассы трактор останавливают и выключают бар. Далее трактор разворачивается, подходит к противоположной бровке траншеи и бар включается вновь. Образованные таким образом два пропила позволяют, в зависимости от крепости породы, разрушать оставшуюся часть экскаватором. В случае более твердых пород следует сделать еще несколько пропилов, параллельных первому, чтобы улучшить условия работы экскаватора.

Для производства небольших объемов работ или для прокладки траншей под различные коммуникации достаточно эффективны двухбаровые машины, при использовании которых на предварительно размеченной площадке прорезают продольные и поперечные щели, разрушая в дальнейшем мерзлые массивы одноковшовыми экскаваторами.

Простота и надежность конструкции, а также небольшая стоимость разработки позволяют рекомендовать навесные рыхлители для мерзлых грунтов при больших объемах работ как одно из наиболее эффективных средств. Основную операцию по разрушению грунта должны выполнять рыхлители на базе мощных тягачей типа Д-652А или на базе трактора ДЭТ-250 с глубиной рыхления за один проход не менее 0,4—0,5 м.

Следует отметить, что наиболее целесообразной схемой послойной разработки грунтов рыхлителями являются повторные проходы машин. Вспомогательные операции—снегоочистка, уборка разрыхленного грунта—выполняются бульдозерами (смонтированными вместе с рыхлителями) при погрузке в отвал, или одноковшовыми экскаваторами при погрузке грунта на транспортные средства.

Метод послойного рыхления позволяет производить непрерывное разрушение грунта, сопровождающееся деформациями его отрыва, и является более производительным, чем разрушение грунта вертикальными циклическими рыхлителями ударного действия.

Вибрационные и виброударные способы являются эффективным средством разработки прочных и мерзлых грунтов. Однако большинство созданных машин, работающих по принципу виброударного и вибрационного разрушения, носят опытный характер.

Одноковшовые экскаваторы для непосредственной разработки прочных грунтов не применяются в связи со значительным сопротивлением таких грунтов резанию. Использование этих машин возможно только после предварительного рыхления прочных грунтов рыхлителями, взрывом или скалорезными агрегатами. В последнем случае извлечение скальных глыб производится экскаватором, оборудованным обратной лопатой.

Базовыми машинами для сменного рабочего оборудования служат экскаваторы. Сменное оборудование состоит из направляющей штанги, дизель-молота и клина. Ширина рыхления — 1,3 м, масса сменного оборудования — 3,7 т. Для большей эффективности применяют клинья с малыми углами заострения и статической пригрузкой, направленной в сторону забоя.

Технология производства работ при использовании вертикальных рыхлителей ударного действия следующая. На предварительно размеченную площадку устанавливают машину так, чтобы рабочие органы находились на поверхности грунта. Далее ударные грузы поднимаются лебедкой по направляющим штангам, падают на рабочие органы и производят удар. При скорости трактора или экскаватора около 15 м/ч клинья заглубляются, и грунт разрушается на глубину около 1 м при ширине полосы разрушения до 3 м за один проход.

Подъем и опускание грузов происходит во время движения транспортных средств непрерывно при помощи конечных выключателей и постоянно замкнутых фрикционных муфт.

В последнее время в качестве сменного оборудования к экскаваторам применяют ковши с активными зубьями и активной кромкой.

Ударные зубья имеют привод от мощных пневмомолотов, установленных в передней стенке ковша. Каждый пневмомолот развивает энергию удара до 800 Дж. Виброударные зубья имеют привод от вибромолота, передающего удары на ударник.

Итак, для разработки мерзлых грунтов следует использовать следующие машины: – при больших объемах работ (большие котлованы, планировка значительных площадей, устройство дорог) — прицепные и навесные рыхлители; – для специальных работ (траншеи большой протяженности, оросительные системы и др.) — роторные и цепные траншейные экскаваторы; – для устройства узких траншей, линий водопроводных и электрических систем — баровые, фрезерные и траншейные цепные экскаваторы; – для производства небольших объемов работ (котлованы под свайные фундаменты и различные опоры столбов и колонн, блоки мерзлого грунта) — баровые машины и ударные рыхлители; – применение клин-молотов на экскаваторах малопроизводительно и должно использоваться только в виде исключения.