2.4.25. Зимой раскопки на глубину более 0,4 м в местах прохождения кабелей должны выполняться с отогревом грунта. При этом необходимо следить за тем, чтобы от поверхности отогреваемого слоя до кабелей сохранялся слой грунта толщиной не менее 0,15 м. Оттаявший грунт следует отбрасывать лопатами.
Применение ломов и тому подобных инструментов не допускается.
2.4.26. Производство раскопок землеройными машинами на расстоянии ближе 1 м от кабеля, а также использование отбойных молотков, ломов и кирок для рыхления грунта над кабелями на глубину, при которой до кабеля остается слой грунта менее 0,3 м, не допускается.
Применение ударных и вибропогружных механизмов разрешается на расстоянии не менее 5 м от кабелей.
Для производства взрывных работ должны быть выданы дополнительные технические условия.
2.4.27. Владелец (балансодержатель) КЛ и эксплуатирующая организация должны периодически оповещать организации и население района, где проходят кабельные трассы, о порядке производства земляных работ вблизи этих трасс.
2.4.28. КЛ должны периодически подвергаться профилактическим испытаниям повышенным напряжением постоянного тока в соответствии с нормами испытания электрооборудования (Приложение 3).
Необходимость внеочередных испытаний КЛ, например, после ремонтных работ или раскопок, связанных со вскрытием трасс, а также после автоматического отключения КЛ, определяется руководством Потребителя, в ведении которого находится кабельная линия.
Испытание КЛ напряжением 110-220 кВ производится только с разрешения энергоснабжающей организации.
2.4.29. Для предотвращения электрических пробоев на вертикальных участках кабелей напряжением 20-35 кВ вследствие осушения изоляции необходимо их периодически заменять или устанавливать стопорные муфты.
Для КЛ напряжением 20-35 кВ с кабелями, имеющими нестекающую пропиточную массу и пластмассовую изоляцию, или с газонаполненными кабелями не требуется дополнительного наблюдения за состоянием изоляции вертикальных участков и их периодической замены.
2.4.30. Образцы поврежденных кабелей и поврежденные кабельные муфты при электрическом пробое изоляции в работе или при профилактических испытаниях должны подвергаться лабораторным исследованиям для установления причин повреждений и разработки мероприятий по их предупреждению. При предъявлении рекламаций заводам-изготовителям поврежденные образцы с заводскими дефектами должны быть сохранены для осмотра экспертами.
Содержание
69 ПРАВИЛА ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
Зима с ее отрицательными температурами — не самое лучшее время для приготовления бетонной смеси и работ по бетонированию. Но как быть, если их все же необходимо выполнить — а инертные материалы, подготовленные для производства бетона, слипаются в комки, и вода замерзает? Для того, чтобы получить качественный бетон в таких условиях, используется специальное оборудование для прогрева песка и щебня и нагрева воды. О нем у нас сегодня и пойдет речь.
Зимний сезон, а в ряде российских регионов и межсезонье, актуализируют для отечественных производителей бетона задачу прогрева инертных материалов для получения кондиционной бетонной смеси. Смерзшиеся бетон и щебень легко забивают проходы разгрузочных воронок бункеров дозирующих комплексов. Кроме того, отрицательная температура инертных материалов приводит к нарушениям технологии производства кондиционной бетонной смеси. Однако мало приготовить бетон в соответствии с действующими регламентами — необходимо доставить его на строительный объект в таком состоянии, которое после укладки обеспечит твердение в теплой и влажной среде за счет внутреннего запаса теплоты бетона. Для этого бетонная смесь при выгрузке в бетоносмеситель должна иметь температуру от +21°С до +24°С, а при укладке на объекте при температуре окружающего воздуха около -15°С — не ниже +15°С.
Отчасти работу с бетонной смесью в зимний период способно облегчить использование разного рода морозостойких добавок (присадок к бетону). Но полностью проблемы они не решают. При всех своих достоинствах противоморозные присадки могут ухудшать структуру бетона и снижать характеристику его долговечности; возможно и возникновение коррозии арматуры под действием солей. Поэтому целесообразнее доставлять на объект теплую бетонную смесь (а в некоторых случаях и осуществлять дополнительно ее прогрев в опалубке). Для получения теплой бетонной смеси на заводе производится подогрев инертных материалов до +15°С и воды затворения — до +60…+70°С. Достигается это несколькими способами, предполагающими использование паровых, водяных и воздушных теплоносителей.
Чаще других в современной практике в качестве теплоагента для подогрева песка и щебня применяется горячий воздух. Воздушные системы конструктивно проще и дешевле, чем контуры энергоустановок на паровом или водяном носителях, их монтаж и запуск осуществляются быстрее, а в случае отключения системы обогрева исключается возможность промерзания. Опрессовки и других мероприятий по обеспечению герметичности воздушным циркуляционным системам подогрева также не требуется. Еще одно важное преимущество — при необходимости такую систему можно легко разобрать и, переместив, быстро собрать и привести в рабочее состояние на новом месте, что минимизирует потери времени в процессе производства бетона.
Дизельный теплогенератор
ТГВ-250
на раме производства ZZBO
Генератор предназначен для прогрева инертных материалов в процессе получения бетона при температурах окружающего воздуха до -30°С. Теплогенератор подает нагретый воздух с температурой не менее 150°С под высоким давлением в воздуховоды, соединенные с бункерами. Тепловая мощность установки 250 кВт обеспечивает работу бетонного завода производительностью до 60 м куб./ч. Установка использует непрямой нагрев, при котором тепло от дымовых газов передается воздуху через стенку топки и трубы теплообменника. Таким образом, продукты горения не попадают в инертные и, соответственно, внутрь завода. Теплогенератор состоит из дизельной горелки итальянского производства (опционально теплогенератор оснащается газовой горелкой), вентилятора высокого давления, топки, теплообменника, щита управления и автоматики. Теплообменник и камера сгорания изготовлены из нержавеющей стали. Установка комплектуется топливным баком объемом 600 литров, что обеспечивает ее работу без дозаправки в течение 24 часов. Установка поставляется как отдельно на раме для установки в помещение, так и в отдельном блок-боксе. Опционально поставляются воздуховоды для подключения теплогенератора к дозирующему комплексу. Теплогенератор применяется в электрифицированных зонах (опционально возможна работа в автономном режиме). Возможно изготовление установки в утепленном блок-боксе.
Системы разморозки и подогрева инертных подразделяются на несколько типов. Первый, к настоящему времени несколько устаревший, статический, характеризуется регистровым способом обогрева наполнителей. При нем на дно бункера укладываются регистровые конструкции, в которых циркулирует нагретый до +300°С воздух. Сегодня такой способ чаще используется на складах хранения инертных материалов — ведь скорость прогрева инертных материалов в этом случае составляет от четырех до восьми часов с момента загрузки бункеров. Тогда как для бетонных заводов в холодное время года принципиальным моментом является скорость прогревания инертных материалов — ведь от нее зависит производительность завода в целом.
Другая, динамическая, система разогрева песка и щебня, предполагает воздействие на инертные материалы острым паром. Это быстрее вышеописанного статического метода, эффективнее — но также не лишено некоторых минусов. К ним прежде всего относится избыточное увлажнение материала, вследствие чего он зависает в бункерах, а нарушающееся в результате водоцементное соотношение приводит к снижению качества выпускаемой бетонной смеси.
Своеобразным подвидом установки для подогрева инертных, оптимальным для регионов с нестабильными зимними температурами, является промышленный мобильный парогенератор. Примером такого агрегата может послужить парогенераторная установка на прицепном шасси от компании «Уралтраксервис», работающая автономно как на жидком, так и на твердом топливе: на дизельном топливе, солярке, дровах, торфе или угле.
Еще один тип интересующего нас оборудования, пожалуй, наиболее распространенный — системы с аэродинамическим способом обогрева инертных материалов генераторами горячего воздуха. При нем струи воздуха, нагретого до +200°С, по воздуховодам подаются в бункер с наполнителями, которые размораживаются, подогреваются. Применение воздушных теплогенераторов типа итальянского SIMUN или отечественного ТГВ-250, изготавливаемого Златоустовским заводом бетоносмесительного оборудования ZZBO, обеспечивает равномерный прогрев всего находящегося в бункере объема песка, щебня или гравия. В основе действия этих установок лежит принцип прямой передачи тепловой энергии инертным материалам. Горячий воздух не только размораживает песок или щебень, но и удаляет из них избыток влаги. Образующийся после размораживания.
И, наконец, последний тип оборудования предназначен для обогрева инертных турбогазом или, говоря иначе, турбопаром — паро-газовой смесью, которая формируется при впрыскивании воды в раскаленные до +1000°С дымовые продукты сгорания топлива, покидающие топку дизельной или газовой энергоустановки. Получающийся в результате турбогаз имеет температуру до +300°С и подается в бункер с инертными материалами. Примером оборудования этого типа может служить комплекс Turbomatic финского производства. Недостатком турбогаза является его химическая агрессивность к металлическим поверхностям, в контакте с которыми он находится. Если для устройства воздухоотводов для горячего воздуха достаточно листов оцинкованной стали, то в случае с турбогазом потребуются трубы из стали нержавеющей.
Принцип работы генератора горячего воздуха
SIMUN
Холодный воздух при помощи радиального вентилятора нагнетается под давлением до 0,15 бара в камеру нагрева, в которой установлен теплообменник.
Воздух, пройдя сквозь теплообменник, нагревается до температуры 200°С (рабочая температура), выходит в главный воздухопровод, который ведет к диффузорам, установленным в бункерах инертных материалов. Диффузоры располагаются в нижней части бункеров инертных материалов и представляют из себя систему труб (регистров), сверху защищенных металлическим уголком. В этих трубах имеются отверстия, через которые под давлением выходит горячий воздух и нагревает инертные материалы. Количество воздуха, подаваемого в каждый бункер, регулируется ручными или автоматическими задвижками.
В камеру сгорания теплообменника вмонтирована горелка. На генераторы SIMUN можно устанавливать один из трех типов горелок: газовую, дизельную или комбинированную.
Отработанные и остывшие дымовые газы с температурой около 50–60°С из теплообменника выбрасываются в атмосферу через выпускную трубу. На выходе из камеры нагрева установлены датчик температуры горячего воздуха и предохранительный клапан. Все приборы контроля и управления энергоустановкой смонтированы на панели управления.
Генераторы горячего воздуха SIMUN в зависимости от модели способны обеспечить подогрев инертных материалов для бесперебойной работы бетоносместительной установки производительностью от 20 до 80 кубометров готовой смеси в час и даже более.
Что касается воды для затворения смеси, она нагревается в бойлерном котле — например, таком, какие выпускает компания GEYSER — до температуры 80°С. Технология подогрева воды предельно ясна, поэтому вернемся к инертным материалам. Их разогрев динамическими системами в среднем в шестнадцать раз выше, чем при использовании статических систем. Работает такое оборудование, как правило, на газе, мазуте или дизельном топливе. Учитывая, что динамическая система обогрева включается периодически и отключается при достижении инертными материалами заданной температуры, она обеспечивает серьезную экономию топлива.
Поскольку мы начали с перечисления достоинств установок, обеспечивающих обогрев горячим воздухом, будет справедливо сказать и о плюсах оборудования, прогревающего заполнители посредством турбогаза. Как правило, это оборудование в разы мощнее, а следовательно, обеспечит выход значительно большего объема бетонной смеси, приготовленной в полном соответствии с технологией. Высокая мощность установок турбогаза объясняется тем, что в нем содержится в семь раз больше энергии, чем в том же объеме воздуха, подаваемого в бункер. Кроме того, если воздушные установки подсушивают заполнители, а паровые системы, наоборот, увлажняют, то турбогаз влажности песка и щебня не изменяет вообще. Есть и немалая разница в расходе топлива: если при использовании автномной установки с турбогазом его расход составляет от 0,7 до 1,2 литра на кубометр готового бетона, то у установки с воздушным обогревом этот показатель составляет от 2,5 до 4,5 литра на кубометр.
Энергоустановка Turbomatic для обогрева помещений и подогрева инертных материалов на бетонном заводе
Тепловые энергоустановки «Турбоматик» (Turbomatic) на дизельном топливе и природном газе имеют мощность от 0,75 до 2 мегаватт. Электропитание — 3x160A, 400V. Холодная вода: 4–10°С. DN 50. Cжатый воздух: 7–8 bar, до 200 литров в минуту.
Оборудование позволяет одновременно подогревать воду, инертные материалы и помещение бетонного завода, при этом само управление энергоустановкой Turbomatic может быть полностью автоматизировано. В комплектацию входят клапаны для бункеров щебня и песка с автоматическим управлением, датчики температуры и обогреватели помещений бетонного завода.
Современные генераторы для динамического прогрева инертных материалов работают на дизельном или газовом топливе. Как правило, такая установка сравнительно компактна, безопасна по причине отсутствия котлов высокого давления и помещена внутрь отдельного контейнера, который располагают в непосредственной близости от бетоносмесительной установки. Конструктивно установка для прогрева инертных кроме генератора включает в себя систему труб со значительной площадью теплообмена, по которым циркулируют продукты сгорания топлива. Чтобы минимизировать потери тепла, вся система труб изолирована пакетами из минеральной ваты. Проходя по трубам и нагревая инертные материалы, газы затем выводятся в атмосферу через выпускную трубу практически холодными. В результате прогрева щебень или песок сами становятся теплоносителями, разогревая новые порции инертных, подгружаемые в бункер.
Нужно отметить, что ряд современных энергоустановок интересующего нас типа изначально конструируются таким образом, чтобы обеспечить не только нагрев инертных материалов и подогрев воды, но и отопление производственных цехов и помещений бетонного завода. К числу систем такого типа относятся Turbomatic PME 1000, Sauter Booster 1000, отечественные установки парогазовые отопительные «СПЕКТ» и ряд других.
Как уже было сказано выше, процесс контроля температуры воздуха и температуры наполнителей система осуществляет в автоматическом режиме. Это важно, поскольку при недостаточном прогреве возможно выделение конденсата внутри бункера и, как следствие, переувлажнение находящихся в нем инертных. А избыточный прогрев чреват неоправданным расходом топлива. Поэтому для разных климатических зон требуются установки разной мощности. Так, по расчету, приводимому директором отечественного Союза производителей бетона А.Г. Бублиевским, для центральной полосы России с ее средними зимними температурами около -15°С оптимальной будет установка мощностью 1 мегаватт.
Кроме температур в холодное время года при выборе установки необходимо также учитывать требуемую зимой производительность бетоносмесительной установки, объем складов для щебня и песка, которым необходим разогрев, экологическую чистоту системы, доступность в регионе типа топлива, на котором работает установка, возможность дистанционного управления, необходимость технадзора — а также ряд моментов, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации, вроде необходимости химической обработки воды и отвода конденсата. Все это, взятое вместе, весьма важно, ведь цель использования энергоустановки — бесперебойная работа бетонного завода в холодный сезон с необходимой производительностью и минимальными затратами. Широкий выбор представленных на рынке установок для прогрева щебня, песка, гравия — от простейших парогенераторов до сложных стационарных систем воздействия на инертные материалы турбогазом — позволяет российским собственникам предприятий найти подходящий агрегат на любой вкус и кошелек.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
С наступлением холодного времени года строительные работы прекращают. Если учесть, что солидная часть территории нашей страны расположена в зонах с суровой и продолжительной зимой, даже приблизительный подсчет выявит огромные потери времени при таком подходе. Однако варианты отогрева грунта при отрицательной температуре все же существуют. В целом до 25 % земляных работ уже сейчас выполняют именно зимой.
Когда нужна такая процедура
Земляные работы зимой могут проводить для устройства фундаментов, а также прокладки или ремонта различных коммуникаций. Прогрев грунта не только значительно облегчает и ускоряет его выемку, но и исключает риск повреждения, например, телефонных или электрических кабелей. Актуален такой подход для глинистых и суглинистых видов почвы.
Существующие методы прогрева грунта
Существует несколько технологий для успешного выполнения земляных работ зимой. Каждая из них имеет свои достоинства и недостатки.
Горячий песок
В качестве такого материала применяют обычный карьерный песок. Его нагревают в заводских условиях до температуры 180–250 °C, а затем доставляют автотранспортом и высыпают в требуемом месте. Для уменьшения теплопотери песок рекомендуют утеплить. Ориентировочное время отогрева составляет 24 часа. После этого остывший теплоноситель можно убирать и в дальнейшем использовать для других целей. В среднем 1 м3 такого материала хватает для обработки площадки размером 4 м2. Применение горячего песка в строительстве для прогрева грунта считается одним из самых недорогих и эффективных способов.
Огонь
Подготовка к земляным работам с помощью открытого огня возможна только на небольших участках. Для этой цели даже создано специальное устройство, состоящее из цепочки открытых резервуаров. Первый из них служит камерой сгорания, а последний укомплектован вытяжной трубой. Возникающая тяга способствует прохождению продуктов сгорания вдоль всей цепочки и одновременному прогреву грунта под ней. Работает установка на любом жидком или твердом топливе. При этом сам процесс достаточно длительный, требует обязательного контроля, сопровождается большими потерями тепла, а его проведение в городской черте невозможно.
Парниковый эффект
Этот способ подходит для отогрева почвы на сравнительно больших участках. В качестве теплоносителя чаще всего используют воду. Ее нагревают в передвижном тепловом генераторе или пиролизном котле до температуры 70–90 °C и затем прокачивают через гибкие рукава, уложенные на грунт. Для получения парникового эффекта их накрывают пленкой и теплоизоляционными матами. Максимальная скорость размораживания грунта таким методом – 60 см в сутки. Из минусов можно выделить высокую стоимость подобных установок и необходимость постоянного контроля их работы.
Отогрев грунта жидким теплоносителем
Паровые иглы
Иглами называют металлические трубы диаметром 25–50 мм и длиной 1,5–2 м. Они снабжены наконечниками с отверстиями диаметром 2–3 мм и соединены гибкими шлангами для подачи пара, нагретого до температуры выше 100 °C. Иглы устанавливают в шахматном порядке на расстоянии 1–1,5 м друг от друга в заранее пробуренные скважины. После этого в них под давлением до 0,07 МПа подают горячий пар. Этот метод оправдан при глубине будущей траншеи или котлована 1,5 м и более. Таким способом грунт прогревается за несколько часов.
Недостатками метода является необходимость применения генератора пара, сложность подготовительных работ, наличие большого количества конденсата (примерно 35 л на каждый обработанный м2 поверхности) и потребность постоянного контроля процесса.
ТЭНы (электронагреватели)
Для применения этого способа применяют запаянные с одной стороны металлические трубы диаметром 50–60 мм и длиной до 1 м. Как и паровые иглы, их устанавливают в заранее пробуренные в шахматном порядке скважины на расстоянии примерно 1 м друг от друга. Внутрь труб, не касаясь их стенок, помещают нагревательные элементы, а затем заливают теплопроводящий диэлектрик. После этого на ТЭНы подают электроток, запускающий процесс оттаивания грунта. Он занимает около 48 часов. При этом на 1 м3 почвы расходуется до 42 кВт·ч электроэнергии. В целом этот способ эффективный, но сложный и затратный.
Электрические маты
По-другому такие изделия называют термоматами. Их изготавливают на основе пленок, излучающих тепло в инфракрасном диапазоне. Такие изделия способны нагревать почву до 70 °C. Для начала работы необходимо расчистить площадку от снега, уложить на грунт термоматы и включить их. Для прогрева почвы на глубину 80 см потребуется до 32 часов. При этом средний расход энергии составляет 0,5 кВт·ч на 1 м2. Такие устройства являются легкими и удобными при эксплуатации, но они нуждаются в источнике питания, легко повреждаются и требуют постоянного контроля.
Отогрев грунта термоматами
Стальные электроды
Этот метод прогрева грунта может быть реализован двумя способами:
- Для обработки почвы на глубину до 70 см применяют электроды в виде стальных полос. Их края предварительно загибают вверх для подключения проводов. Полосы укладывают на грунт и сверху засыпают слоем опилок толщиной до 20 см. Для повышения проводимости опилки смачивают слабым солевым раствором. После этого на полосы подается напряжение.
- Для прогрева почвы на глубину более 70 см используют электроды в виде стальных стержней. Их забивают в грунт в шахматном порядке на расстоянии ориентировочно 0,5–1 м друг от друга. После этого на них подают напряжение для запуска процесса прогрева. По мере оттаивания стержни забивают все глубже.
В обоих случаях вся процедура занимает около 30 часов. При этом расход электроэнергии составляет порядка 60 кВт·ч на обработку 1 м3 грунта. Для реализации этого метода требуется наличие источника питания. Кроме того, он нуждается в постоянном контроле поскольку нельзя исключать опасность поражения электрическим током.
Рефлекторные печи
Действие рефлекторных или отражательных печей основано на фокусировке инфракрасных лучей от спиралей накаливания на определенном участке земли. Их запитывают от сети напряжением 220 или 380 В. Подобные установки отличаются мобильностью, а весь процесс прогрева с их применением занимает не более 10 часов. При этом средний расход электроэнергии на прогрев 1 м3 грунта составляет примерно 50 кВт·ч. Из недостатков следует отметить необходимость наличия мощного источника тока и малую площадь оттаивания.
Химические реагенты
Для реализации этого метода в грунте бурят шурфы требуемой глубины на расстоянии 0,5–1 м друг от друга в шахматном порядке. После в них заливают раствор хлористого натрия. Весь процесс размораживания занимает до 8 дней. Он не требует постоянного контроля и достаточно прост, но последствием его применения является экологическое загрязнение почвы. Вырастить что-либо на ней в дальнейшем уже не получится.
Ток
В данном случае прогрев грунта выполняют с помощью токов высокой частоты. Это самый быстрый способ, но он требует использования сложного и дорогостоящего оборудования, поэтому бытового применения не имеет.
Один из самых удивительных домов находится в Стокгольме. Семья, купившая его, подошла к вопросу подготовки к зиме неординарно: вокруг здания новые собственники построили теплицу. Теперь все строение находится под защитой прочного четырехмиллиметрового стекла. Температура в строении даже зимой редко опускается ниже +20 °C. В результате при необходимости проведения земляных работ у собственников жилья не возникает никаких проблем.
Таковы все существующие на сегодняшний день способы прогрева грунта. Самым простым и наименее затратным из них обоснованно считают применение горячего песка.
Трудоемкость извлечения мерзлого грунта крайне велика по причине его значительной механической прочности. К тому же замерзшее состояние грунта осложняет задачу по его выемке из-за невозможности задействования некоторых типов землеройных и землеройно-транспортных машин, снижению производительности и ускоренному износу рабочих частей оборудования. И все же одним достоинством мерзлый грунт обладает – рыть котлованы в нем можно без устройства откосов.
Существует четыре основных способа проведения выемки грунта в холодное время года:
- защита земельного участка работ от промерзания с дальнейшим использованием обычных землеройных машин;
- предварительное рыхление и выемка замерзшего грунта;
- прямая разработка грунта в замерзшем состоянии, т.е. без какой-либо подготовки;
- доведение до талого состояния и последующая выемка.
Подробно рассмотрим каждый из приведенных способов.
Предохранение грунтов от промерзания
Защиту от низких температур грунту обеспечивают путем взрыхления верхнего слоя, застилкой утеплительными материалами и заливкой водных растворов соли.
Распахивание и боронование земельного участка проводится в секторе дальнейших работ по извлечению грунта. Результатом такого рыхления становится ввод большого количества воздуха в грунтовые слои, образование замкнутых воздушных пустот, препятствующих теплоотдаче и сохраняющих положительную температуру в грунте. Распашка проводится рыхлителями или факторными плугами, ее глубина – 200-350 мм. Следом выполняется боронование в одном или двух направлениях (перекрестных) на глубину 150-200 мм, что в итоге повышает термоизоляционные свойства грунта как минимум на 18-20%.
Роль утеплителя при укрывании участка будущих работ выполняют дешевые местные материалы – сухой мох, опилки и стружки, опавшие листья деревьев, шлак и маты из соломы, можно воспользоваться пвх пленкой. Насыпные материалы размещаются на поверхности 200-400 мм слоем. Утепление поверхности грунта производится чаще всего на небольших земельных участках.
Мерзлый грунт – рыхление и выемка
Чтобы снизить механическую прочность зимнего грунта применяются методы его механической и взрывной обработки. Извлечение взрыхленной таким образом земли после проводится обычным способом – при помощи землеройных машин.
Механическое рыхление. В процессе его осуществления грунт режется, скалывается и раскалывается вследствие нагрузок статического или динамического характера.
Статические нагрузки на мерзлый грунт производится металлическим инструментом режущего типа – зубом. Специальная конструкция с гидравлическим приводом, оборудованная одним зубом и более, проводится по участку работ будучи размещенной на гусеничному экскаваторе. Такой метод позволяет снимать грунт послойно на глубину до 400 мм за каждый проход. В процессе рыхления оборудованная зубом установка прежде протягивается параллельно предыдущим проходам с отступом 500 мм от них, затем ее проводят поперечно им под углом от 60 до 90о. Объемы выемки мерзлого грунта при этом достигают 20 кубометров в час. Послойная статическая разработка мерзлой земли обеспечивает применение установок рыхления на любой глубине промерзания грунта.
Ударные нагрузки на грунтовые участки позволяют снизить механическую прочность замерзшей земли благодаря динамическому воздействию. Применяются молоты свободного падения, обеспечивающие раскалывание и рыхление, или молоты с направленным действием для рыхления расколом. В первом случае используется молот в виде шара или конуса наибольшей массы в 5 т – его канатом закрепляют на стреле экскаватора и после подъема до пяти-восьмиметровой высоты сбрасывают на участок работ. Шарообразные молоты лучше всего подходят для песчаников и супесей, на глинистых почвах эффективны конические молоты – при условии, что глубина промерзания не превышает 700 мм.
Направленное действие на мерзлый грунт осуществляют дизель-молоты, установленные на трактор или экскаватор. Они применяются на любых грунтах при условии глубины промерзания не более 1300 мм.
Снижение прочности мерзлой земли путем взрыва наиболее эффективно – этот метод позволяет выполнять зимнюю выемку грунта на глубине от 500 мм и при потребности извлечения значительных объемов. На незастроенных участках выполняется открытый подрыв, а на частично застроенных необходимо предварительно выставить укрытия и ограничители взрыва – массивные плиты из металла или железобетона. Взрывчатое вещество закладывается в щель или шпур (при глубине рыхления до 1500 мм), а при потребности выемки грунта на большей глубине – в щели и скважины. Для нарезания щелей применяются буровые или фрезерные машины, щели выполняются на 900-1200 мм дистанции друг от друга.
Взрывчатка укладывается в среднюю (центральную) щель, а расположенные по соседству щели обеспечат компенсацию взрывного сдвига мерзлого грунта и погасят ударную волну, тем самым препятствуя разрушениям вне зоны работ. В щель закладывается удлиненный заряд или несколько коротких зарядов сразу, затем ее заполняют песком с утрамбовкой. После взрыва мерзлый грунт в секторе производства работ будет полностью раздроблен, при этом стенки траншеи или котлована, создание которых и было целью выемки земли, останутся неповрежденными.
Разработка мерзлого грунта без его подготовки
Существует два способа прямой разработки грунта в условиях низких температур – механический и блочный.
Технология механической разработки мерзлых грунтов базируется на силовом воздействии, в некоторых случаях включающим в себя удар и вибрацию. В ходе его осуществления используются как обычные машины для землеройных работ, так и оснащенные специальным инструментом.
На небольших глубинах промерзания работы по извлечению грунта применяются обычные землеройные машины: экскаваторы с прямым или обратным ковшом; драглайны; скреперы; бульдозеры. Одноковшовые экскаваторы могут оснащаться специальным навесным оборудованием – ковшами с захватными клещами и виброударными зубьями. Такое оборудование позволяет воздействовать на мерзлый грунт посредством избыточного режущего усилия и вести его послойную разработку, соединив в одной рабочей операции рыхление и экскавацию.
Послойное извлечение грунта выполняется специальной землеройно-фрезерной установкой, срезающей с участка работ слои шириной 2600 мм и глубиной до 300 мм. В конструкции это машины предусмотрено бульдозерное оборудование, обеспечивающие перемещение срезанного грунта.
Суть блочной разработки грунтов заключается в резке мерзлого грунта на блоки с последующим их извлечением при помощи трактора, экскаватора или строительного крана. Блоки нарезаются путем пропиливания грунта резами, перпендикулярными между собой. Если земля промерзла неглубоко – до 600 мм – то для извлечения блоков достаточно выполнить прорезы вдоль участка. Щели прорезаются на 80% глубины, на которую промерз грунт. Этого вполне достаточно, поскольку слой со слабой механической прочностью, расположенный между промерзшей зоной грунта и зоной, сохраняющей положительную температуру, не помешает отделению грунтовых блоков. Дистанция между щелями-прорезями должна примерно на 12% быть меньше, чем кромочная ширина ковша экскаватора. Извлечение грунтовых блоков производится при помощи экскаваторов с обратной лопатой, т.к. выгружать их из ковша прямой лопаты довольно трудно.
Способы оттаивания мерзлого грунта
Они классифицируются по направлению подачи тепла в грунт и виду используемого теплоносителя. В зависимости от направления подачи тепловой энергии существует три способа разморозить грунт – верхний, нижний и радиальный.
Верхняя подача тепла в землю наименее эффективна – источник тепловой энергии находится в воздушном пространстве и активно охлаждается воздухом, т.е. значительная часть энергии расходуется попусту. Однако этот способ оттаивания организоваться проще всего и в этом его преимущество.
Процедура оттаивания, проводимая из-под земли, сопровождается минимальными затратами энергии, поскольку тепло распространяется под прочным слоем льда на поверхности грунта. Главный минус данного способа – потребность выполнения сложных подготовительных мер, поэтому он применяется редко.
Радиальное распространение тепловой энергии в толще грунта осуществляется при помощи вертикально утопленных в землю тепловых элементов. Эффективность радиального оттаивания находится между результатами верхнего и нижнего прогревания грунта. Для осуществления этого способа требуются несколько меньшие, но все же достаточно высокие объемы работ по подготовке прогрева.
Разморозка грунта зимой проводится с использованием огня, электрических термоэлементов и горячего пара.
Огневая методика применима для рытья относительно узких и неглубоких траншей. На поверхности участка работ выставляется группа коробов из металла, каждый из которых представляет собой разрезанный пополам усеченный конус. Они ставятся разрезанной стороной на землю вплотную друг к другу и образуют галерею. В первый короб закладывается топливо, которое затем поджигается. Галерея из коробов становится горизонтальной вытяжной трубой – вытяжка идет из последнего короба, а продукты сгорания движутся по галерее и обогревают грунт. Чтобы понизить потери тепла от контакта корпуса коробов с воздухом, они засыпаются шлаком или талым грунтом с участка, работы на котором проводились ранее. Образовавшуюся по окончании прогрева полосу размороженного грунта необходимо засыпать опилками или застелить пвх пленкой, чтобы аккумулированное тепло способствовало дальнейшему оттаиванию.
Электрический прогрев мерзлого грунта базируется на способности нагрева материалов при пропуске через них электротока. С этой целью применяются вертикально и горизонтально ориентированные электроды.
Горизонтальное оттаивание производится электродами из круглой или полосовой стали, уложенной на грунт – чтобы подключить к ним электропровода, противоположные концы стальных элементов загибают на 150-200 мм. Прогреваемый участок с размещенными на нем электродами засыпается опилками (толщина слоя – 150-200 мм), предварительно смоченными солевым раствором (концентрация соли – 0,2-0,5%) в количестве, равном исходной массе опилок. Задача опилок, пропитанных солевым раствором – проводить ток, поскольку мерзлый грунт в начальной стадии работ ток проводить не будет. Сверху слой опилок закрывается пленкой пвх. По мере прогрева верхний грунтовый слой становится проводником тока между электродами и интенсивность оттаивания значительно возрастает – прежде размораживается средний слой грунта, а затем и расположенные ниже. По мере включения слоев грунта в проведение электротока слой опилок начинается выполнять вторичную задачу – сохранение тепловой энергии в участке работ, для чего необходимо укрыть опилки деревянными щитами или толем. Оттаивание мерзлого грунта горизонтальными электродами производится на глубину промерзания до 700 мм, затраты электроэнергии при обогреве кубометра земли составляют 150-300 МДж, опилочный слой прогревается до 90оС, не более.
Вертикальное электродное оттаивание производится при помощи стержней, изготовленных из арматурной стали и имеющих один острый конец. Если глубина промерзания грунта равна 700 мм, стержни вбиваются прежде на глубину 200-250 мм шахматным порядком, а после оттаивания верхнего слоя их утапливают на большую глубину. В процессе работ по вертикальному размораживанию грунта требуется устранять снег, накопившийся на поверхности участка, засыпать его опилками, смоченными солевым раствором. Процесс прогрева идет также, как и при горизонтальном оттаивании с применением полосовых электродов – по мере оттаивания верхних слоев важно периодически погружать электроды дальше в грунт до глубины 1300-1500 мм. По окончании вертикального оттаивания мерзлого грунта электроды извлекаются, но вся площадка остается под слоем опилок – еще 24-48 часов грунтовые слои будут размораживаться самостоятельно благодаря накопленной тепловой энергии. Затраты электроэнергии на работы по вертикальному оттаиванию немного ниже, чем при выполнении горизонтального размораживания.
Для электродного обогрева грунта по направлению снизу вверх необходима предварительная подготовка скважин – их бурят на 150-200 мм глубже, чем глубина промерзания. Скважины располагаются в шахматном порядке. Данный способ характеризуется меньшими затратами электроэнергии – около 50-150 МДж на кубометр грунта.
Стержни электродов вводятся в подготовленные скважины, достигая не промерзшего слоя земли, поверхность участка засыпается отпилками, смоченными солевым раствором, поверх укладывается пластиковая пленка. В результате процесс оттаивания идет в двух направлениях – сверху вниз и снизу вверх. Данный метод оттаивания мерзлого грунта осуществляется редко и исключительно при необходимости срочно разморозить участок для выемки земли.
Оттаивание паром проводится при помощи специальных приспособлений – паровых игл, выполненных из металлических труб диаметром 250-500 мм, по которым в грунт вводится горячий пар. Нижняя часть паровой иглы оборудуется металлическим наконечником, содержащим множество 2-3 мм отверстий. К верхней (полой) части трубы-иглы подключается резиновый шланг, снабженный краном. Для установки паровых игл в грунте пробуриваются скважины (шахматный порядок, дистанция 1000-1500 мм) протяженностью 70% от требуемой глубины оттаивания. На отверстия скважины одеваются металлические колпаки, оснащенные сальниками, через которые будет пропущена паровая игла.
После установки игл по шлангу в них под давлением 0,06-0,07 МПа подается пар. Поверхности оттаиваемого участка земли закрывается слоем опилок. Потребление пара на прогрев кубометра грунта – 50-100 кг, по расходу тепловой энергии этот способ в 1,5-2 раза более затратный по сравнению с прогревов заглубленными электродами.
Способ оттаивания мерзлого грунта при помощи контактных электронагревателей внешне схож с паровым размораживанием. В металлические полые иглы, длиной порядка 1000 мм и диаметром не более 60 мм, устанавливаются нагревательные элементы с изоляцией от металлического корпуса иглы. При подключении электропитания нагревательный элемент сообщает тепловую энергию корпусу иглы-трубы, а она – слоям грунта. Тепловая энергия в процессе прогрева распространяется радиально.
Прописная истина гласит, что земляные работы нужно проводить, пока погода держится теплой. Придут морозы, схватят грунт – ничего не сделаете. Иногда приходится браться за лопату и зимой, например, водопроводную трубу, прорвавшую не вовремя починить, колодец выкопать (по одному из утверждений специалистов холодный сезон подходит для работ, потому что почве не грозит переизбыток влаги). На то человек и разумный, чтобы придумать выход из ситуации, казалось бы, безвыходной.
Климатические условия региона, где вы живете, имеют свои особенности. Вы должны о них знать. Где-то земля только берется сантиметровой коркой, и то не на всю зиму, а где-то царит вечная мерзлота. В среднем же грунт промерзает на глубину до 2-х метров. От этого измерения и придется отталкиваться, решившись копать землю, тронутую морозом.
Параметры могут колебаться: земля возле дома не столь промерзает (фундамент частично отдает тепло). А на заднем дворе промерзший слой окажется глубже.
На вооружение с мерзлой землей штыковая лопата пригодится не всегда. Тут нужен лом, которым придется долбить слои, а потом отбрасывать комья совковой лопатой. При условии, что яма глубокая не требуется, сойдет ломовой метод. Если не нужно углубиться на много метров, лучше подключить профессиональный пневмоинструмент — отбойный молоток, он быстрее выполнит тяжелую работу.
Кстати, если земля не только промерзла, но и покрыта снегом, сначала потребуется лопатой (той же, совковой) очистить место копания от его наносов.
Работы по раскапыванию замерзшей земли упрощают разведением костра. На нужном участке набрасывают веток, дров. Разводят по технике безопасности костер. Тепло от него должно согреть промерзшие грунтовые слои. Потом сверху (чтобы не ушло много дерева) накидывают угля, а сверху неплохо бы соорудить навес-шатер из негорючих материалов. Уголья, как перестанут гореть, накрывают фольгой. Ее блестящая поверхность отразит остатки тепла на землю.
После прогревания земля приобретает привычную структуру. Ее можно копать обычным способом – штыковой лопатой.
Бывают случаи, что грунт прогревается недостаточно. После метра копания лопата снова упирается в замерзшие слои. Тогда прогрев приходится повторить, пока не доберетесь до нужных глубин.
С небольшой, но очень замерзшей площадью помогает паяльная лампа. Ее используют альтернативой костра.