Земляные работы

Строительство тепловых сетей сопровождается производством земляных работ, достигающих больших объемов. На строительстве теплопроводов приходится выполнять следующие виды земляных работ: рытье траншей и котлованов с укладкой грунта в отвал или в транспортные средства, вывоз грунта, засыпка траншей и котлованов с проложенными сетями, каналами и камерами. Земляные работы по сравнению с другими являются наиболее трудоемкими и поэтому их выполняют механизированным способом и только в отдельных случаях, когда не представляется возможным использовать механизм, применяют ручной труд в небольших объемах.

Рытье траншей. Для рытья траншей и котлованов под камеры используют одноковшовые экскаваторы, которые представляют собой самоходные машины цикличного действия. Эти землеройные машины предназначены для рытья и погрузки в транспортные средства или отсыпки в отвал грунтов большинства групп. По своему назначению одноковшовые экскаваторы разделяются на строительные и специальные. На строительстве тепловых сетей используются только строительные экскаваторы.

Одноковшовые экскаваторы имеют следующее оборудование: ходовое, силовое и рабочее. По ходовому устройству строительные экскаваторы подразделяются на: гусеничные и пневмоколесные. Одноковшовые экскаваторы имеют сменное рабочее оборудование (рис. 5.1). Для производства земляных работ используют-следующее сменное рабочее оборудование: прямая лопата, обратная лопата, драглайн и грейферный ковш. Одноковшовые универсальные экскаваторы могут использоваться так же, как струги, копры, краны и другие благодаря сменному оборудованию. Для производства земляных работ одноковшовые экскаваторы характеризуются следующими основными параметрами: емкостью ковша, радиусами резания и выгрузки (в отвал и в транспортные средства), глубиной резания, производительностью и видом ходовой части. В настоящее время одноковшовые строительные экскаваторы выпускают восьми размерных групп со следующей вместимостью ковша соответственно для каждой группы, м3: 0,15; 0,25; 0,4; 0,65; 1; 1,6; 2,5; 4.

Строительные экскаваторы прямая лопата (см. рис. 5.1, а) имеют объем ковшей от 0,15 до 4 м3. Рабочее оборудование этих экскаваторов состоит из стрелы, рукояти и ковша. Ковш с открывающимся дном жестко связан с рукоятью. Во время работы экскаватор с прямой лопатой всегда находится на дне выемки и роет грунт выше уровня стоянки. Экскаватор используется главным образом для разработки грунта с погрузкой его :в транспортные средства и поэтому используется для рытья котлованов, очень широких траншей, в карьерах и для других аналогичных работ. На строительстве теплосетей применяется редко,

Экскаваторы обратная лопата (см. рис. 5.1,6) имеют вместимости ковшей от 0,15 до 1,6 м3; их рабочее оборудование состоит из стрелы, рукояти и ковша. Эти экскаваторы роют грунт ниже стоянки с погрузкой в транспортные средства или в отвалы, в силу чего они широко используются для рытья: траншей под теплопроводы, котлованов для камер. Эти экскаваторы получили очень широкое использование в городских условиях.

Драглайны (см. стр. 5.1,в) отличаются от обратных лопат тем, что имеют длинную решетчатую стрелу и ковш, подвешенный на тросе. Объем ковшей строительных драглайнов от 0,35 до 3,0 м3. Драглайны разрабатывают грунт ниже стоянки на значительно большей глубине и с большими радиусами резания и выгрузки, чем обратные лопаты. Драглайны могут Делать отвалы большой величины, а также грузить грунт в транспортные средства. Драглайны используют для разработки широких и глубоких траншей, а также для рытья котлованов под большие камеры.

Экскаваторы с грейферным ковшом (см. рис. 5.1,а) оборудованы решетчатой стрелой и челюстным ковшом, подвешенным на подъемном канате. При натяжении замыкающего каната челюсти ковша сходятся и захватывают грунт. Такие двухканатные грейферные ковши, применяемые для строительства, имеют объем от 0,3 до 1,5 м3. Основное назначение— рытье шахт и глубоких котлованов и траншей.

Для строительства теплопроводов в городах чаще всего применяют одноковшовые экскаваторы, преимущественно оборудованные обратной! лопатой объемом ковша до 0,5 м3. Они роют траншеи прямоугольного или трапецеидального поперечного сечения, оставляя отвал грунта треугольного сечения (рис. 5.2). Когда требуются траншеи большой ширины, используют драглайны, а при очень глубоких выемках — грейферы. Одним из недостатков, одноковшовых экскаваторов является то, что они при рытье не создают ровного дна в связи с чем за ними всегда приходится делать подчистку дна, выполняемую бульдозером (при широких траншеях) или вручную.

Определив размеры траншеи и отвала, подбирают экскаватор по соответствующим параметрам: радиусам резания и выгрузки, высоте выгрузки и глубине копания, которая должна быть не менее трехкратной, высоты ковша экскаватора. Выбор начинают с обратных лопат; если они по габаритам не подходят, выбирают драглайны, параметры которых больше. Если выбранный экскаватор не удовлетворяет по заданной производительности, то принимают экскаватор с большим объемом ковша.

Водоотлив производят откачкой грунтовой воды из траншей и котлованов. В пониженных точках траншей и котлованов роют небольшие приямки (зумпфы) для стока-приема грунтовых вод. Из этих приямков воду откачивают центробежными, поршневыми и диафрагмовыми насосами с механическим приводом.

Искусственное понижение уровня грунтовых вод про-1 изводят обычно легкими (вакуумными) или эжекторными иглофильтровыми установками. Иглофильтр (вакуумный — ЛИУ) представляет собой стальную трубу диаметром 40—50 мм, оканчивающуюся фильтровым звеном с большим числом отверстий на его поверхности, через которое всасывается грунтовая вода. Иглофильтры располагают вдоль будущей траншеи (рис. 5.4) или,по периметру будущего котлована. Для погружения в грунт иглофильтр устанавливают. вертикально и через шланг, присоединенный к верхней части иглофильтра, пускают воду. Выходящая из торца струя размывает грунт под иглофильтром, который опускается на необходимую глубину под собственным весом

Иглофильтры соединяют с водовсасывающим коллектором который присоединяется к насосному агрегату. Вакуум-насос отсасывает воду из коллектора. При откачке воды из грунта уровень ее около иглофильтров понижается и образуется граница между водоносным и осушенным грунтом в виде выпуклой поверхности, называемой депрессионной. Откачиваемая из иглофильтров вода отводится по трубам за пределы осушаемого участка. Величина понижения уровня грунтовых вод легкими иглофильтровыми установками (ЛИУ) составляет: при расположении иглофильтров в один ряд 2—3,5 м; при расположении с двух сторон траншеи или по замкнутому контуру котлована 4—4,5 м.

Эжекторные иглофильтры — это водо-водяные насосы, у которых нагнетаемая вода посредством сопла засасывает грунтовую воду. Они понижают уровень грунтовых вод одним ярусом на глубину 8—18 м. Искусственное понижение уровня грунтовых вод представляет собой как бы осушение грунтов, в результате чего разработку их можно производить обычными методами. Для обеспечения нормальной разработки осушенных грунтов необходима круглосуточная (без перерывов) работа водопонизительных установок.

Засыпка траншей. Теплопроводы, проложенные в каналах и бесканальным способом, засыпают грунтом с большой осторожностью, чтобы не сдвинуть трубопроводы и не повредить их изоляцию или конструкцию каналов камер. При засыпке грунт тщательно уплотняют. Работы производят в следующей последовательности. При бесканальной прокладке до начала гидравлического испытания трубопроводы присыпают грунтом, оставляя незасыпанными стыки. Грунт в пазухах уплотняют одновременно с двух сторон, укладывая его слоями толщиной не более 20 см на высоту не менее половины диаметра трубопровода. По окончании гидравлического испытания производят засыпку грунта слоями над стыками с тщательным уплотнением. После этого трубопроводы засыпают с послойным уплотнением по всей ширине траншеи на высоту не менее 50 см над верхом трубопроводов.

При прокладке трубопроводов в каналах вначале засыпают пазухи. К засыпке приступают по оканчании всех работ, как по самому трубопроводу, так и по каналам и камерам. Засыпку ведут с послойным уплотнением грунта с толщиной слоя не более 20 см одновременно с обеих сторон каналов. Засыпку пазух с тщательным уплотнением производят не менее чем на 2/з высоты канала.

Механическое сбрасывание грунта в траншеи разрешается производить после выполнения указанных требований. Для этой цели используют обычно бульдозеры. В тех случаях, когда теплосети прокладывают непосредственно под проезжей частью, к засыпке траншей предъявляют повышенные требования в отношении уплотнения грунта, так как осадки грунта под дорожным покрытием не допускается. В этих случаях целесообразно использовать грейферы с последующим разравниванием и уплотнением грунта пневматическими или электрическими трамбовками. Если грунт, в котором прокладывают теплопроводы, оказывается непригодным для засыпки, его вывозят IB процессе экскавации, а засыпку производят песком, особенно в тех случаях, когда предполагаются усовершенствованные дорожные покрытия.

Вне пределов городской застройки или на участках, где нет дорожных покрытий и допускается естественная осадка грунта после засыпки траншей, над ними устраивают валики из грунта с расчётом на постепенную осадку. Для| образования валика оставляют следующий запас грунта %: для мелких песков — 3, для супесков и легких суглинков—6, для тяжелых суглинков и глин—10. В местах просадок со временем производят дополнительную подсыпку.

Производство земляных работ в зимнее время. В осеннее и зимнее время при отрицательных температурах воздуха большинство грунтов, содержащих влагу, резко меняют свои свойства. Это объясняется тем, что вода, превращающаяся в лед, связывает минеральные частицы грунта в твердое тело, причем, чем больше воды замерзнет в грунте, тем крепче становится грунт (капиллярная вода замерзает при низких отрицательных температурах). В результате этого трудность разработки мерзлых грунтов,, по сравнению с талыми, значительно увеличивается.

Грунт промерзает в тех географических районах, где1 бывает устойчивая отрицательная температура воздуха в относительно длительные периоды времени года. В южных районах СССР, например, промерзания грунта не отмечается, а в северных—имеются значительные территории (48% всей территории СССР) с вечномерзлыми грунтами. Промерзание грунта в средней полосе носит сезонный характер и достигает своего максимума (в среднем) в феврале-марте. Глубина промерзания и твердость замерзшего грунта зависят от длительности и величины зимних морозов, характера грунтов, уровня грунтовых вод, наличия растительного слоя, листвы или хвои на поверхности земли, толщины снегового покрова и других явлений.

Для облегчения разработки мерзлых грунтов при производстве земляных работ проводят следующие мероприятия: предохраняют грунты от глубокого промерзания; оттаивают мерзлые грунты; рыхлят их механизированными способами. Грунты от глубокого промерзания предохраняют следующими способами: укрывают теплоизоляционными материалами (торфом, шлаком и т. п.), вспахивают и проводят боронование грунта или организуют удержание снегового покрова; проводят глубокое рыхление. Вспахивание производят тракторами с плугами и рыхлителями на глубину не менее 35 см с последующим боронованием. на глубину 15 см. Снеговой покров задерживают устройством валов из грунта или снега, а также, установкой снегозадерживающих шитов. Глубокое рыхление выполняют путем перелопачивания грунта экскаватором на глубину возможного промерзания, но не более 1,5 м. Вспахивание и глубокое рыхление производят до наступления заморозков.

Разработка мерзлого грунта одноковшовыми экскаваторами с обратной и прямой лопатой без предварительного рыхления допускается при толщине мерзлого слоя до: 25 см с вместимостью ковша 0,5—0,65 м3 и 40 см с вместимостью ковша 1 —1,25 м3. Мерзлый слой толщиной до 0,7 м дробят падающими грузами, подвешиваемыми к тросу стрелы экскаватора или крана. Падающие грузы в виде шара, грушевидной формы и в виде клина изготовляют из стального литья. На городских улицах при большой толщине мерзлого слоя применяют экскаваторные рыхлители (рис. 5.5) или анологичное сменное оборудование к тракторам и экскаваторам. Работу организуют при совместном рыхлении и разработке грунта.

Способы оттаивания мерзлых грунтов производят ограниченно только в тех случаях, когда нельзя использовать другие более экономичные способы (до 50 м3). Существу- ют два основных метода оттаивания грунта: поверхностный и радиальный (глубинный). Поверхностный способ заключается в том, что оттаивание грунта производится с поверхности земли нагревательными элементами в виде электропечей или непосредственным воздействием Огня на мерзлый грунт. Поверхностный способ мало эффективен и применяется при очень малых объемах работ и толщине мерзлого слоя менее 40 см. Радиальный способ отогревания используют при толщине мерзлого грунта более 40 см. Грунт прогревают с помощью нагревательных приборов в виде игл, устанавливаемых в пробуренные в мерзлом слое скважины. Иглы могут быть электрические, водяные циркуляционные (рис. 5.6) и паровые.

Траншеи и котлованы, разработанные в зимних условиях, должны быть предохранены от промерзания грунта в основании путем недобора грунта или укрытия утеплителями. Снятие утеплителя и зачистку основания производят непосредственно перед устройством оснований каналов или трубопроводов, а также камер. Траншеи и пазухи котлованов в зимнее время засыпают при том условии, чтобы количество мерзлых комьев в грунте не превышало 15% общего объема засыпки. Пазухи засыпают талым грунтом. Траншеи, разработанные в зимнее время, следует немедленно после окончания всех работ засыпать на всю глубину талым грунтом с тщательным послойным уплотнением.

Авдолимов Е. М., Шальнов А. П. Водяные тепловые сети. — М.: Стройиздат, 1984.