Разработка мерзлого грунта

Разработка грунта в зимнее время года – сложный и энергозатратный процесс, требующий участия специалистов. Рассказываем, как проводят такие мероприятия и что для этого нужно.

Разработка грунта зимой технологически гораздо сложнее и имеет свои особенности.

Что происходит с грунтом в процессе замерзания

Грунт принято считать трехфазной системой, в которую входят твердые частицы (минералы и органика), газ (воздух) и вода. Две фазы – вода и газ – заполняют пространство между твердыми частицами. Характеристики грунтов зависят от соотношения трех фаз.

Когда вода замерзает, грунтовый комплекс превращается в монолит и меняет свои физические свойства. В основном изменения зависят от количества воды в грунте и особенностей заполнения пор. Прочность грунта на дробление, разрыв, сжатие, растяжение и срез возрастает от двух до пяти раз. Поэтому скалывание мерзлого грунта более эффективно, чем его резание.

У всех водонасыщенных мерзлых грунтов присутствует вспучивание. В наибольшей степени ему подвержены глинистые и пылеватые. Если не предохранить от промерзания основания из таких грунтов, весной они дадут существенные осадки.

Замерзший грунт подвержен значительным пластическим деформациям при наступлении оттепели.

Как быстро и на какую глубину промерзнет грунт зависит от его состава, структуры, влажности   химико-минералогического и механического состава, степени влажности, наружной температуры воздуха. Степень влажности до замерзания предопределяет прочность грунта зимой. Влагонасыщенный грунт промерзает быстрее и глубже. Глубина, на которую он замерзает, зависит от числа дней с минусовой температурой воздуха до начала выполнения работ.

Как разрабатывают мерзлый грунт

При работе с мерзлым грунтом выполняют:

• мероприятия для предупреждения глубокого промерзания;
• разработку участка мощной техникой;
• рыхление;
• оттаивание.

Укрытие

Несложный метод предупреждения зимнего промерзания – укрытие участка осенью подсобными утепляющими материалами. Подойдет солома, опилки, опавшие листья, защитная пленка, пенопласт. Его применяют на небольших участках.

Лучший результат даст укрытие с воздушной прослойкой. Для ее выполнения на поверхности площади раскладывают сначала лежни, затем прослойку из горбыля или сухой растительности. Поверх насыпают слой опилок или древесных стружек. Земля под таким многослойным воздушным укрытием не замерзнет всю зиму.

Рыхление

Рыхлый грунт гораздо устойчивей к промерзанию по сравнению с плотными участками почвы. Осенью почву рыхлят плугами и рыхлителями, а затем проводят боронование. Это поверхностная обработка, но достаточно эффективная.

Разрыхленный грунт промерзает гораздо медленней по сравнению с необработанными участками, а накопление на нем снега зимой усиливает утепление и облегчает работу экскаваторов. Снеговой покров в 25 см уменьшает глубину промерзания от 15 до 30%.

Глубокое рыхление проводят с использованием ковшовых экскаваторов на глубину до 1,5 м.

Зимой поверхность участка рыхлят, если грунт промерз вглубь на 40 см и больше. Применяют механическое дробление и резание. При промерзании до 70 см запускают тракторные рыхлители.

При еще большем промерзании используют скол клиньями, дробление ударами, задействуют дисковые щелерезные машины.

Оттаивание

Если участок необходимо разрабатывать по зимнему графику, то применяют оттаивание.

Есть три возможных варианта:

1. Сверху вниз. Самый простой, не требует сложной подготовки, но теплозатратный. Благодаря удобству и легкости его используют часто.
2. Снизу вверх. Самый экономичный, поскольку процесс происходит под мерзлым слоем. Но связан со сложной подготовкой и значительными энергетическими затратами.
3. Радиальный. В этом случае тепловые прогреватели на участке устанавливают вертикально. Имеет средние показатели по энергозатратам. Необходимо выполнение значительного объема работ по предварительной подготовке.

Способы оттаивания:

• Использование топлива;
• Электроподогрев;
• Пропуск токов высокой частоты;
• Паровое.

Как проводят

Сжигание

Если на участке нужно выкопать яму, то самый простой способ – разжечь костер и поддерживать в нем огонь несколько часов. Глубина проникновения тепла под костром – около 40 см. Прогоревшее место утепляют опилками. Благодаря аккумуляции тепловой энергии процесс оттаивания продолжится, и может достичь 1 м. Талый грунт вынимают, и на дне ямы вновь разводят костер. Способ затратный по непродуктивному расходованию большей части тепловой энергии, поэтому им пользуются редко.

Для откапывания траншей применяют огневой способ. Используют металлические короба, которые соединяют в конструкцию нужной длины. Первый короб используют в качестве места сгорания топлива. Им могут быть дрова, горючие жидкости или газ. Тягу создает вытяжная труба в последнем коробе. Тепло от камеры сгорания перемещается через всю конструкцию и согревает почву. Для большей эффективности конструкцию укрывают подтаявшим грунтом.

После завершения процесса место, где размещались короба, подсыпают слоем опилок, чтобы оттаивание продолжилось.

Электропрогрев

Для обработки грунта электроподогревом через почву пропускают ток через электроды. Они могут быть горизонтальными или вертикальными. Изготавливают их из стали.

Горизонтальные стальные электроды размещают на поверхности грунта и отгибают их концы, чтобы подключить к проводам. Площадь прогреваемого участка засыпают опилками. Толщина слоя составляет около 20 см. Затем их смачивают солевым раствором 0,5%. Опилки и вода должны совпадать по массе.

Сначала верхний слой грунта не проводит ток, но под действием теплых опилок он приобретает свойства проводника. Начинается последовательное оттаивание слоев почвы. Температура в опилках может достигать 90 °С. После завершения электропрогрева опилки накрывают щитами или укрывают толью.

Горизонтальный электропрогрев применяют, когда глубина замерзания грунта составляет до 70 см. На отогрев кубического метра грунта потребуется 150-300 МДж тепла.

Для вертикального отогрева используют армированные стальные стержни с заостренными внизу концами. Сначала их углубляют в замерзший грунт на 25 см, а после оттаивания увеличивают погружение до 1,5 м

Перед электропрогревом сверху вниз участок очищают от снега и засыпают опилками с последующей обработкой солевым раствором. Земля будет оттаивать еще два дня после выключения электричества. Расход электроэнергии при использовании вертикального размещения стержней несколько ниже по сравнению с горизонтальными.

При способе оттаивания снизу вверх под стержни бурят скважины в шахматном порядке. Они должны быть расположены ниже толщины замершего грунта примерно на 20 см. Вариант снизу вверх требует меньше энергозатрат. Слой опилок в этом случае не нужен.

Использование комбинированного способа оттаивания снизу вверх и сверху вниз используется только в экстренных случаях. Это слишком трудоемкий и дорогой вариант.

Токи высокой частоты

Замерший грунт проводит токи высокой частоты, что делает технологический процесс проще по сравнению с электропрогревом. Глубокое заглубление электродов и опилочный слой не требуются, расстояние между электродами можно увеличить, а их количество – сократить почти в два раза.

Паровое оттаивание

Технология заключается в использовании пара, который подают в грунт под давлением через металлические трубы с насаженными наконечниками. Пар подают под давлением через присоединенные к иглам резиновые шланги из паропровода. Предварительно бурят скважины. Затем прогреваемую площадь покрывают опилками или другим сохраняющим тепло материалом. На прогрев кубометра земли расход пара составляет 100 кг.

Цена за м3 на разработку котлована увеличивается за счет дополнительных затрат по разработке грунта зимой. Специалисты компании «Ресанта» работают в любое время года. Вы получите исчерпывающе точные рекомендации по всем интересующим вас вопросам по разработке участка в любой сезон.