Особенности производства земляных работ в зимнее время

Основными свойствами сезонно-мерзлых грунтов являются повышенная механическая прочность, наличие пластических деформаций, пучинистость и повышенное электросопротивление.

Проявление этих свойств и глубина промерзания зависят в основном от длительности промерзания, температуры, влажности и вида грунта.

Помимо указанных факторов, глубина промерзания грунтов, зависит и от силы ветра, толщины снежного покрова, характера естественного покрова (трава, пахотная земля, торф, камни, дорожные покрытия и т. д.), а также теплопроводности, влажности и уровня грунтовых вод.

Экскаваторный забой промерзает с кровли и откоса забоя, а также непосредственно с лобовой части его. В связи с этим разработка мерзлого грунта одноковшовыми экскаваторами производится по четырем схемам (направлениям движения ковша): вдоль мерзлого слоя (при различной глубине внедрения ковша от открытой поверхности);— поперек мерзлого слоя (в пределах его); — поперек мерзлого слоя (начиная с немерзлого грунта, т. е. с подбоем); IV — под углом к мерзлому слою в откосе забоя.

С понижением температуры механическая прочность грунта, а также удельное сопротивление резанию и копанию резко возрастают (в 5—8 раз). Поскольку температура мерзлого грунта изменяется по глубине, соответственно изменяются прочностные характеристики грунта: наибольшие значения удельного сопротивления копанию KFM имеют место в верхней, наружной части мерзлого слоя и наименьшие — на границе мерзлого и немерзлого (талого) грунта

Мерзлые грунты в силу своей повышенной механической прочности и сопротивления копанию (разрушению) усложняют производство земляных работ в зимних условиях и ограничивают возможность применения землеройных и землеройно-транспортных машин.

Для установления области возможного использования экскаваторов и другого оборудования (статических и динамических рыхлителей и т. п.) на мерзлых грунтах, особенно в очень прочных, необходимо выявить их технические возможности для непосредственной разработки мерзлого грунта.

Возможности применения землеройно-транспортных машин на мерзлых грунтах в значительной степени определяются конструктивным исполнением их рабочего органа и обеспечением устойчивой работы машины.

Глубина рыхления мерзлого грунта навесными статическими рыхлителями определяется, в первую очередь, мощностью двигателя трактора, а также конструктивным исполнением рыхлителя. При использовании тракторов, мощность двигателей которых 150...250 кВт, hR — = 0,45... 1 м. Применение сверхмощных тракторов (мощность двигателя 400......450 кВт) позволяет увеличить глубину рыхления грунтов до 1,5 м.

Без предварительного рыхления разработка мерзлых грунтов скреперами и бульдозерами крайне ограничена; глубина рыхления — 0,05...0,15 м.

Глубина рыхления мерзлых грунтов динамическими рыхлителями (клин- и шар-молотом, дизель-молотом и др.) д = 0,4...0,6 м, а навесными гидромолотами — до 2 м (разработка ведется послойно).

При глубине промерзания грунта производительность землеройного оборудования понижается. Для эффективной разработки грунтов в зимнее время и подготовки мерзлого слоя глубиной /ip к экскавации применяют следующие основные способы: предохранение грунта от промерзания; механическое разрушение (статическими и динамическими рыхлителями, блочный способ); взрывное рыхление; оттаивание.

14 .Классификация свай и способы их погружения.

По роду материала, как уже было сказано ранее, сваи могут быть деревянные, металлические, бетонные и железобетонные. В последнее время начали применять грунтобетонные или грунтоцементные и грунтовые сваи.

Рис. 1.3. Основные типы свай:

А - готовая (забивная) свая, погружаемая забивкой или вибрированием; Б - набивная свая без оболочки, скважина пробивается тяжелым конусом; В - набивная свая с оболочкой, остающейся в грунте (оболочка из тонкого листового железа забивается с помощью сердечника); Г - набивная свая со съемной оболочкой (оболочка из стальной трубы со съемным башмаком забивается в грунт и по мере бетонирования извлекается); Д - набивная свая со съемной оболочкой без башмака или без оболочки (скважина образуется бурением); Е - винтовая свая. Пунктиром показаны контуры скважин, сплошными линиями - контуры свай

По способу внедрения в грунт различают сваи готовые, погружаемые в грунт забивкой, задавливанием, завинчиванием и т. п., и набивные, изготовляемые непосредственно в скважине, предварительно пробуренной или пробитой в грунте.

Готовые сваи, погружаемые в грунт с помощью молотов и вибропогружателей, называют забивными сваями (рис. 1. 3 А).

Поперечное сечение свай может быть сплошным (полнотелые сваи)или полым (пустотелые сваи и сваи-оболочки). Принципиального различия между сваямипустотелыми и сваями-оболочками нет. Обычно при диаметре (стороне) поперечного сечения сваи до 800 мми наличии внутренней полости сваи называют пустотелыми. При тех же условиях, но при диаметре более 800 ммсваи относят к оболочкам.

Пустотелые сваи и сваи-оболочки могут быть с открытым или с закрытым нижним концом, что сказывается на способе производства работ и на несущей способности.

Для повышения несущей способности сваи у ее нижнего конца устраивают уширенную пяту (разбуриванием или камуфлетным взрывом). Устройство уширенной пяты возможно у забивных свай, но более характерно для набивных.

Конструкции готовых свай более или менее стандартны, тогда как конструкции набивных весьма разнообразны. Скважины для устройства набивных свай можно образовывать непосредственно в грунте бурением или пробивкой, под защитой обсадной трубы или без нее, причем обсадную трубу чаще всего удаляют после бетонирования сваи или оставляют в качестве внешней оболочки.

Возможно комбинирование различных методов устройства ствола сваи и уширенной пяты. Все это затрудняет составление общей классификации свай как по способу их устройства, так и по другим признакам. Представленную в табл. 1.1 общую схему классификации свай по их видам можно рассматривать только как предварительную.

В зависимости от характеристик грунта существует ряд методов устройства свай, в том числе ударный, вибрационый, вдавливанием, завинчиванием, с использованием подмыва и электроосмоса, а также различными комбинациями этих методов.

Ударный метод основан на использовании энергии удара (воздействия ударной нагрузки), под действием которой свая своей нижней заостренной частью внедряется в грунт. Ударную нагрузку на оголовок сваи создают специальные механизмы:

- паровоздушные молоты, которые приводятся в действие силой сжатого воздуха или пара, непосредственно воздействующих на ударную часть молота;

- дизель-молоты, работа которых основана на передаче энергии сгорающих газов ударной части молота;

- вибропогружатели — передача колебательных движений рабочего органа на сваю (использование вибрации);

- вибромолоты - сочетание вибрации и ударного воздействия на сваю.

Вибропогружатели и вибромолоты чаще используют при погружении трубчатых свай-оболочек большого диаметра, при погружении в грунт и извлечении шпунтовых свай.

Погружение свай вибрированием осуществляют с использованием вибрационных механизмов, оказывающих на сваю динамические воздействия, которые позволяют преодолеть сопротивление трения на боковых поверхностях сваи, лобовое сопротивление грунта, возникающее под острием сваи, и погрузить сваю на проектную глубину. Благодаря вибрации для погружения свай в грунт требуется усилия иногда в десятки раз меньшие, чем при забивке. При этом происходит частичное уплотнение грунта, в том числе и под головкой сваи. Зона уплотнения для разных грунтов составляет 1,5...3 диаметра сваи.

Для погружения свай в грунт вибрированием используют вибропогружатели, которые подвешивают к мачте сваепогружающей установки и жестко соединяют с наголовником сваи.

Более универсальным является виброударный способ погружения свай с помощью вибромолотов. При работе вибромолота наряду с вибрационным воздействием на сваю периодически опускается ударник, оказывая и динамическое воздействие на голову сваи.

Метод вибровдавливания основан на комбинации вибрационного или виброударного воздействия на сваю и статического пригруза.

Погружение свай вдавливанием применяют для коротких свай сплошного и трубчатого сечения (3...5 м). Статическое вдавливание осуществляется в такой последовательности: сваю устанавливают в вертикальное положение в направляющей стреле агрегата. Далее на голову сваи опускают и закрепляют оголовник, передающий давление от базовой машины (трактора, экскаватора) через систему блоков и полиспастов непосредственно на сваю, которая благодаря этому давлению постепенно погружается в грунт. После достижения сваей проектной отметки погружение прекращают, снимают наголовник, агрегат переезжает на новую позицию.

Погружение свай завинчиванием основано на завинчивании стальных и железобетонных свай со стальным наконечником с помощью мобильных установок, смонтированных на базе автомобилей или других самоходных средств. Метод применяют чаще всего при устройстве фундаментов под мачты линий электропередачи, радиосвязи и других сооружений, где в достаточной мере могут быть использованы несущая способность винтовых свай и их сопротивление выдергиванию

Погружение свай подмывом грунта применяют в несвязных и малосвязных грунтах - песчаных и супесчаных. Целесообразно подмыв использовать для свай большого поперечного сечения и большой длины, но недопустимо для висячих свай. Способ заключается в том, что под действием воды, вытекающей под напором у острия сваи из одной или нескольких труб, закрепленных на свае, грунт разрыхляется и частично вымывается. При этом сопротивление грунта у острия сваи снижается, а поднимающаяся вдоль сваи вода размывает прилегающий грунт, уменьшая тем самым трение по боковым поверхностям сваи. В результате свая погружается в грунт под действием собственной массы и массы установленного на ней молота.

Погружение свай с использованием электроосмоса применяют в водонасыщенных плотных глинистых грунтах, в моренных суглинках и глинах. Для практической реализации метода уже погруженную в грунт сваю присоединяют к положительному полюсу (аноду) электрической сети постоянного тока, а соседнюю с ней, подготовленную для погружения в грунт - к отрицательному полюсу (катоду). При включении тока вокруг сваи с положительным полюсом резко снижается влажность грунта, а у соседней с отрицательным полюсом она наоборот резко увеличивается. В более влажной среде свая быстрее погружается в грунт, что позволяет применять сваебойное оборудование меньшей мощности.

После окончания забивки и отсоединения свай от источника тока в грунте быстро восстанавливается былая стабилизация фунта и его влажностного состояния. Благодаря этому, только за счет уменьшения влажности вокруг забитой сваи ее несущая способность значительно возрастает.

Последовательность погружения свай. Порядок погружения свай зависит от их расположения в свайном поле и параметров свае-погружающего оборудования. Последовательность забивки свай определяется техкартой или проектом производства работ, она зависит от размеров свайного поля и свойств грунтов. Применимы три схемы - рядовая, когда последовательно забиваются все сваи в одном ряду; спиральная, при забивке свай от центра к сваям внешних рядов и секционная, когда все поле делят на отдельные секции по ширине здания, в которых забивка осуществляется по рядовой схеме.