Сооружение земляного полотна в сложных условиях (стр. 17 )

Для лучшего дробления вечномерзлых скальных грунтов, когда они прикрыты сверху коркой сезонномерзлого грунта, рекомендуется в верхнем слое размещать заряды в дополнительно пробуренных мелких скважинах меньшего диаметра, расположенных в центре квадратов между основными скважинами (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Схема расположения зарядов при рыхлении вечномерзлых грунтов взрывом: 1 – основные скважины; 2 – дополнительные скважины

При расчете параметров буровзрывных работ, кроме породных условий (мерзлого грунта), необходимо учитывать конструктивные и технические возможности землеройных машин, занятых на разработке взорванного грунта. Учет характеристик машин необходим для того, чтобы обеспечить минимальный выход негабаритных кусков в массе взорванного грунта.

Вечномерзлые нескальные грунты в отличие от скальных не имеют естественной трещиноватости, поэтому при их взрывании выход негабаритов значительно больше, чем при взрывании скальных пород. С целью более равномерного дробления грунтов применяют ВВ и конструкции зарядов, обеспечивающие большую продолжительность воздействия взрыва на массив породы: простейшие гранулированные ВВ, заряды с воздушными промежутками, врубово-трапецеидальные схемы взрывания и др.

Для образования взрывных скважин в районах с ВМГ в основном применяют обычные буровые машины с теми же рабочими органами, которые используют в обычных условиях. При этом бурение скважин в ВМГ сопряжено с некоторыми трудностями. Так как мерзлые грунты имеют различную температуру по глубине, они обладают различной прочностью. Поэтому по мере проходки неоднородных по крепости и льдосодержанию участков необходимо постоянно регулировать параметры режима бурения.

Характерной особенностью ВМГ в северных районах является то, что в них преобладают гравийно-галечные включения с глинистыми или песчаными заполнителями, с прослойками и линзами льда. Часто в таких грунтах встречаются валуны значительных размеров. При проходке скважин через различные слои породы возникают вибрация бурового станка, искривление скважины и даже поломки бурового оборудования. Для предотвращения сбоев прибегают к снижению осевого нажима на буровой стан и уменьшению частоты вращения бура.

При бурении нескальных ВМГ за счет выделения тепла в процессе разрушения породы и разогрева бурового шлама происходит налипание (запрессовка) на рабочие органы шлама, образуются грунтовые пробки. Это снижает скорость бурения ВМГ, приводит к быстрому выходу из строя шарошечных долот. Для улучшения выноса продуктов бурения из скважин и повышения скорости бурения в ВМГ нашло широкое применение комбинированное пневмошнековое удаление бурового шлама. Другим видом осложнений, которые часто встречаются при бурении ВМГ, являются так называемые прихваты (примерзания) бурового инструмента в скважине. Во избежание прихвата бурового инструмента необходимо при перерывах в работе более получаса извлекать инструмент из скважины. Кроме того, следует регулярно в процессе бурения очищать шнеки, штанги и долота от налипшего на них шлама.

В настоящее время в летний период выемки в вечномерзлых нескальных и выветрелых скальных грунтах (IV…VI групп) разрабатывают, как правило, путем послойного рыхления тракторными рыхлителями мощностью 235…300 кВт и более. Впервые массовое рыхление ВМГ механическим способом стали применять на БАМе. В результате на каждые 1000 м3 разрабатываемого грунта было получено сокращение трудозатрат на 2…3 чел.-дня и стоимости работ на 300…350 р.

Наиболее приемлемой схемой механического рыхления ВМГ следует считать продольную схему, которая позволяет работать наклонным забоем; при этом за счет увеличения тягового усилия трактора производительность рыхлителя возрастает. Наклонный забой дает возможность также увеличивать глубину рыхления грунта.

Производительность тракторного рыхлителя Пт в конечном счете определяется толщиной разрыхленного слоя, при которой грунт может быть сдвинут бульдозером после рыхления. Эта толщина, называемая глубиной эффективного рыхления, зависит от глубины борозды рыхления, вида грунта и схемы движения машины. При работе рыхлителя с поворотом определяется по формуле

(5.16)

где В – средняя ширина полосы рыхления за один проход при многозубном рабочем органе или между двумя смежными проходами при однозубном рабочем органе, м; hэф – эффективная глубина рыхления (0,4…0,9) h; L – длина борозды рыхления (не более 60…100 м); tц – продолжительность цикла, с.

Продолжительность рабочего цикла, с:

– при разработке грунта продольными проходками с разворотами на концах участка

; (5.17)

– при челночном движении рыхлителя

(5.18)

где Vp, Vx – скорости соответственно рабочего и холостого ходов; tп – время на повороты (не превышает 20…30 с); tу – время на установку (заглубление) колонки рыхли–60 с).

При послойном рыхлении каждый разрыхленный слой сдвигается бульдозерным оборудованием за пределы захватки рыхления грунта. В зависимости от дальности транспортирования грунта к месту укладки используются различные транспортные средства: автосамосвалы с погрузкой экскаваторами, автосамосвалы с погрузкой фронтальными погрузчиками, бульдозеры (при дальности возки не более 100 м), фронтальные погрузчики (при дальности возки не более 10…20 м).

Наиболее высокие показатели работы рыхлительно-бульдозерного комплекта машин, занятых на послойном рыхлении грунта и перемещении его в насыпь на расстояние более 100 м, достигнуты в тех случаях, когда погрузка грунта в автосамосвалы осуществлялась фронтальным погрузчиком. При использовании рыхлительно-бульдозерных комплектов выемки в ВМГ разрабатываются ярусами сразу на всю их ширину торцовым забоем при движении погрузчиков по челночной схеме или с разворотом. Высота яруса обычно принимается 5…6 м.

Работа комплекта организуется на двух захватках (по ширине разрабатываемого яруса): на одной захватке выполняется рыхление слоя грунта и штабелирование его бульдозером в бурты; на другой – ведется погрузка грунта из буртов в автосамосвалы (рис. 5.5). Затем машины меняются местами, переходя с захватки на захватку.

Рис. 5.5. Схема разработки выемки рыхлительно-бульдозерным комплектом и погрузчиком: 1 – автомобиль-самосвал; 2 – тракторный погрузчик;
3 – бульдозер-рыхлитель

При работе погрузчика по челночной схеме минимальная ширина торцового забоя зависит от конструктивных параметров машин:

(5.19)

где ba – габаритная ширина автосамосвала; lп – габаритная длина погрузчика; La – длина базы автосамосвала с учетом его части, выступающей относительно передней оси; Ra – наименьший радиус поворота автомобиля; a – запас, оставляемый по условиям техники безопасности (не менее 2 м). При движении погрузчика по схеме с разворотом минимальная ширина торцового забоя:

(5.20)

где bп – габаритная ширина погрузчика.

В тех случаях, когда ширина выемки оказывается меньше значений, подсчитанных по формуле (5.15) или (5.16), в основании выемки остается недобор грунта. Этот слой грунта разрабатывается при перемещении фронта забоя «на себя». При этом погрузчик и автосамосвалы находятся на поверхности слоя недобора (рис. 5.6) и туда же бульдозером перемещают предварительно разрыхленный грунт.

Рис. 5.6. Разработка нижнего слоя выемки погрузчиком в комплекте с бульдозером-рыхлителем: 1 – автомобиль-самосвал; 2 – тракторный погрузчик; 3 – бульдозер-рых­литель

Такую же схему работ применяют при разработке выемок в вечномерзлых просадочных грунтах, что позволяет сохранить основную площадку выемки от деформаций и преждевременного оттаивания до засыпки ее дренирующим или скальным грунтом.

Контрольные вопросы и задания

1. Какие грунты являются вечномерзлыми, какие встречаются виды вечномерзлых грунтов?

2. Укажите: а) основные факторы, влияющие на механическую прочность вечномерзлых грунтов; б) способы расчета температуры, влажности и сопротивления резанию вечномерзлых грунтов.

3. Поясните, в чем заключается сущность дорожно-мерзлотной классификации грунтов и каково ее назначение.

4. Перечислите основные особенности организации земляных работ в условиях залегания вечномерзлых грунтов.

5. Как учитывается состояние вечномерзлых грунтов при выборе способов их разработки?

6. Назовите основные принципы комплексной механизации земляных работ в условиях северной строительно-климатической зоны.

7. Какие мероприятия по защите окружающей среды необходимо предусматривать при производстве земляных работ в районах распространения вечной мерзлоты?

8. Перечислите основные особенности проектирования земляного полотна железных дорог, сооружаемых в условиях вечной мерзлоты.

9. В чем заключается принцип двухэтапной отсыпки насыпей на вечномерзлом основании?

10. Изложите основные правила и способы: а) подготовки трассы и полосы отвода земель в районах вечной мерзлоты; б) проектирования и сооружения притрассовых и подъездных автомобильных дорог; в) сооружения железнодорожных насыпей на вечномерзлых грунтах; г) разработки выемок в вечномерзлых грунтах; д) инженерной подготовки строительных площадок в условиях залегания вечномерзлых грунтов.

11. Что подразумевают под пионерным освоением района строительства и как его организуют?

12. Укажите основные направления снижения стоимости строительства при производстве земляных работ в условиях распространения вечномерзлых грунтов.

6. ПЕРЕУСТРОЙСТВО ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
С ПРИМЕНЕНИЕМ ФИЛЬТРУЮЩИХ НАСЫПЕЙ
(НА ПРИМЕРЕ ДВЖД)

6.1. Основные предпосылки применения
фильтрующих насыпей

Значительная часть Дальневосточной железной дороги, включая БАМ, характеризуется сложными природно-климатическими условиями: вечной мерзлотой, высокой сейсмичностью некоторых участков, горными условиями и др. Традиционный подход к строительству без учета особенностей вечномерзлых грунтов привел к тому, что почти 25 % земляного полотна на БАМе подвержены непрекращающимся осадкам. В период эксплуатации из-за недостатков проектирования и строительства дороги в земляном полотне стремительно начали развиваться различные деформации.