При включень за допомогою катодів ділянки ґрунту в електричний ланцюг через нього може бути пропущений струм, що нагріває, напругою 120, 220 і 380 ст.
Електропровідність ґрунту залежить від його вологості (рис.3, а), стану та температури вологи, концентрації знаходяться в ґрунті розчинів солей та кислот (рис. 3, б), будови та температури ґрунту (рис. 3, в) тощо. .
Складність будови ґрунту фізичних явищ, що відбуваються в ньому, і змін, пов'язаних силовими процесами, значно ускладнює теоретичну сторону електропрогріву ґрунту, яка знаходиться поки що в стадії опрацювання.
Рис. 1. Установка горизонтальних (струнних) електродів на мерзлий грунт із засипкою тирсою
1 - мерзлий ґрунт; 2 - горизонтальні (струменеві) електроди діаметром 12-16 мм; 3 - дроти, що підводять струм; 4 - тирса, змочена розчином солі; 5 - верхнє утеплення (толь, дерев'яні щити, мати і т. п.)
Рис. 2. Встановлення вертикальних (стрижневих) електродів у мерзлий грунт із засипкою тирсою
1 – вертикальні електроди; 2 - дроти, що підводять струм; 3 - тирса, змочена розчином солі, 4-верхнє утеплення (толь, дерев'яні шити, мати і т. п.)
Відтавання ґрунту виконують за допомогою горизонтальних (срунних) та вертикальних (стрижневих та глибинних) електродів. При відтаванні горизонтальними електродами (рис. 1) поверхню ділянки грунту, що відігрівається, покривають 15-25-см шаром, змочених водним розчином солі (хлористого натрію, кальцію, мідного купоросута ін.) мають призначення лише наводити струм та відігріти верхній шармерзлого грунту, так як останній навіть при напрузі 380 струму практично не пропускає.
При горизонтальних електродах тепло передається спочатку грунту лише від шару тирси, що нагрівається. Тільки верхній незначної товщини шар грунту, прилеглий до електродів, входить у електроланцюг і є опором, у якому виділяється тепло.
Відстань між рядами електродів, включеними в різні фази, становить 40-50 см при напрузі 220 і 70-80 см при напрузі 380 ст. Застосування горизонтальних електродів доцільно при відігріванні промерзлих основ та невеликої (до 0,5-0,7 м) глибині промерзання, а також у випадках, коли вертикальні (стрижневі) електроди не можуть бути застосовані внаслідок малої електропровідності ґрунту або неможливості забиття їх у ґрунт.
При відтаванні вертикальними стрижневими електродами волога тирса є спочатку спонукачем до прогріву верхнього шару грунту, який у міру відтавання включається в електричний ланцюг, після чого тирса тільки зменшують тепловтрати грунту, що відтаюється. Замість тирси спонукачем можуть служити розчини солей, що заливаються в борозенки в ґрунті, пробиті зубилом між усіма електродами на глибину 6 см.
При укритті поверхні грунту, що відігрівається, шаром сухої тирси, як показує практика, пристрій таких борозенок дає. гарні результати.
Застосування вертикальних електродів більш ефективно при глибині мерзлого ґрунту більше 0,7 м, а також за неможливості забезпечення належного контакту між горизонтальними електродами і ґрунтом. У тверді (глинисті та піщані ґрунтиз вологістю більше 15-20%) електроди забивають на глибину 20-25 см, а потім занурюють глибше в міру відтаювання грунту (приблизно через кожні 4-5 год).
Відстань між електродами призначається від 40 до 70 см залежно від напруги струму, характеру та температури ґрунту. При відтаванні на глибину 1,5 м рекомендується мати два комплекти електродів – короткі та довгі; по відтаванні ґрунту на глибину коротких електродів вони замінюються довгими. Відігрів ґрунту на глибину 2 м і більше слід проводити в кілька прийомів, пошарово з періодичним видаленням шарів, що відтанули, при вимкненому струмі. З метою економії електроенергії та максимального використання потужності слід прагнути, щоб до кінця відтавання середнім температура ґрунту не перевищувала +5° та максимальна +20°, і прогрів слід вести ділянками, періодично вимикаючи струм.
Рис. 3. Зміна питомого опору ґрунту залежно
а - від вологості ґрунту з червоної глини; б - від вмісту NaCi у глинистому ґрунті при 30% його вологості (за вагою); 8 - від температури ґрунту при вологості 18,6%
Установка для відтавання ґрунту складається з щитів та софітів (по 4-5 на кожен розподільний щит) для підключення електродів до мережі.
При застосуванні глибинних електродів розморожування мерзлого ґрунту виробляють знизу вгору до денної його поверхні. Для цього електроди з круглої сталі діаметром 12-19 мм (залежно від їх довжини та твердості ґрунту) у шаховому порядку забивають крізь усю товщу мерзлого шару на 15-20 см у талій ґрунт. На початку відтавання електричний струм, що проходить у талому грунті, нагріває його і розмолює розташовану безпосередньо лад ним частину мерзлого шару. Таким чином, тепловий потік, поступово збільшуючись по товщині знизу вгору, послідовно відігріває мерзлий грунт, причому майже все тепло, що виділяється струмом, використовується для отаювання мерзлого шару.
Такий спосіб відтавання, крім зменшення тепловтрат, дає низку інших вигод.
Як відомо, екскаватори можуть розробляти без попереднього розпушування мерзлу кірку грунту товщиною до 25-40 см, що дозволяє відповідно зменшити глибину грунту, що відтає. Так як верхні шари ґрунту зазвичай є найбільш складними та енергоємними, то розробка їх у стані, що не розтанув, знижує витрату електроенергії і прискорює виробництво робіт.
Використання вищої напруги дає можливість збільшувати відстань між електродами. Останнє при напрузі 220 приймають в 0,5 м, а при 380 вже 0,7 м.
Нижній кінець електрода загострюють, а у верхньому просвердлюють наскрізний отвірдіаметром 3-4 мм, через яке пропускають Мідний голий провід завдовжки 25-30 см; один кінець дроту приварюють до електрода, а інший приєднують до електромережі з наступним чергуванням фаз.
При скрутності забиття електродів попередньо проходять свердловини діаметром, який на 1-2 мм менше прийнятого діаметра електрода.
За дослідними даними суглинки з вологістю 18% при глибині промерзання 1,5 м і напрузі струму 220 відтають протягом приблизно 16 год.
Відігріваний майданчик виділяють переносною огорожею і множать попереджувальними сигналами з категоричною забороною входу на неї.
При застосуванні будь-якого способу відігріву ґрунту необхідно суворо дотримуватись правил, викладених у спеціальній «Інструкції із застосування електропрогріву в будівництві».
Відтавання струмами високої частоти.Мерзлий ґрунт проникаємо для струмів високої частоти, і відігрівання його відбувається за рахунок тепла, що виділяється в ґрунті при приміщенні його та змінне. електричне полеВисока частота.
Генератор високої частоти складається з трансформатора, випрямляча, генераторних ламп, конденсаторів і коливального контуру. Пересувна установка монтується в автопричепі і живиться від мережі напругою 220-380 або від пересувної електричної станції.
Зазначений спосіб можливий при невеликому обсязі робіт, розробці траншей і особливо при аварійних роботах, коли їх виконання є вирішальним фактором.
Існує одна велика проблемапри виконанні будівельних роботахв холодну пору року. З такою проблемою знайомі і постійно стикаються багато будівельників.
Поверхня землі, гравію, глини, піску промерзає, а фракції змерзають, що дає можливості, без додаткових витрат часу виконувати земляні роботи.
Існує кілька способів відтавання ґрунту:
- 1. Груба сила. Механічна руйнація.
- 2. Протування за допомогою теплових гармат.
- 3. Пропалення. Безкисневе горіння.
- 4. Відтавання за допомогою парогенератора.
- 5. Відтавання розпеченим піском.
- 6. Розморожування хімічними реагентами.
- 7. Прогрів грунту термоелектричними матами або електричним кабелем, що гріє.
Кожен із наведених вище способів, має свої слабкі сторони. Довго, дорого, неякісно, небезпечно тощо.
Оптимальним способом, можна визнати метод з використанням Установки для прогріву грунту і бетону. Землю прогріває рідина, що циркулює шлангами, розкладеним на великій поверхні.
Переваги перед іншими методами:
- Мінімальна підготовка поверхні, що прогрівається
- Незалежність та автономність
- Прогріваючий шланг не перебуває під напругою
- Шланг повністю герметичний, не боїться води
- Шланг та теплоізоляційне покривало стійкі до механічному впливу. Шланг армований синтетичним волокномі мають виняткову гнучкість і міцність на розрив.
- Справність та готовність обладнання до роботи контролюється вбудованими датчиками. Прокол або розрив шланга помітний візуально. Несправність можна усунути за 3 хвилини.
- Немає обмежень по поверхні, що прогрівається.
- Шланг можна укладати довільно
 |
Етапи проведення робіт з використанням установки для прогріву поверхонь Wacker Neuson HSH 700 G:
Підготовка майданчика.
Розчистити поверхню, що прогрівається, від снігу.
Ретельне розчищення дозволить скоротити час відтавання на 30%, заощадить паливо, позбавить бруду і зайвої талої води, що ускладнює подальше ведення робіт.
Укладання шлангу з теплоносієм.
Чим менша відстань між витками, тим менше часу знадобиться на прогрівання поверхні. В установці HSH 700G шланга достатньо, щоб прогріти площу до 400 м2. Залежно від міжшлангової відстані можна досягти потрібної площі та швидкості прогріву.
Пароізоляція ділянки, що прогрівається.
Використання пароізоляції є обов'язковим. Розкладений шланг накривають поліетиленовою плівкоювнахлест. Плівка не дозволить нагрітій воді випаруватися. Тала вода миттєво розтопить лід у нижніх шарах ґрунту.
Укладання теплоізоляційного матеріалу.
На пароізоляцію укладається утеплювач. Чим ретельніше буде ізольована поверхня, що прогрівається, тим менше потрібно часу, щоб прогріти грунт. Обладнання не потребує специфічних знань навичок та тривалого навчання персоналу. Процедура укладання, паро та теплоізоляції займає від 20 до 40 хвилин.
 |
Переваги технології з використанням установки для прогрівання поверхонь
- Теплопередача 94%
- Прогнозований результат, повна автономність
- Час підготовки до прогріву 30 хвилин
- Немає небезпеки ураження електричним струмом, не створює магнітних полів та перешкод для приладів контролю
- Укладання шланга в довільній формі, немає обмежень щодо рельєфу місцевості
- Простота експлуатації, контролю, складання, зберігання виняткова гнучкість маневреність та ремонтопридатність
- Не впливає і руйнування на прилеглі комунікації та навколишнє середовище
- Установка HSH 700 G сертифікована в Росії та не вимагає спеціальних допусків для оператора
Можливі засоби застосування установки Wacker Neuson HSH 700 G
- Відтавання ґрунту
- Прокладання комунікацій
- Прогрівання бетону
- Прогрів складних конструкцій(Мости колони і т.д.)
- Прогрів арматурних конструкцій
- Відтавання гравію для укладання бруківки
- Прогрів збірних опалубних конструкцій
- Запобігання обмерзанню поверхонь (крівля, футбольні поля тощо).
- Садівництво (теплиці та квітники)
- Оздоблювальні роботина будівельному майданчику у «холодний» період
- Опалення житлових та нежитлових приміщень
Пристрої для прогрівання поверхонь від компанії Wacker Neuson – це економічне та ефективне рішеннядля зимового періоду, що дозволяє складати проекти вчасно.
Восени та навесні вони також роблять неоціненний внесок у завантаження Вашого підприємства: адже ці пристрої прискорюють безліч технологічних процесів.
УПГО СПЕКТ призначені для вирішення цілого ряду завдань: прогрів інертних матеріалів у зимовий період, підігрів води та опалення приміщень.
Ми пропонуємо установки парогазові опалювальні, які виробляють прогрів інертних матеріалівна БСУ (піску, щебеню, гравію, вапняку):
|
Тип установки |
Теплова потужність, |
Продуктивність РБУ куб.м у суміші за годину |
Ціна, руб. |
| УПГО СПЕКТ-400 | 400 | 10-30 | від 1 100 000 |
| УПГО СПЕКТ-800 | 800 | 30-60 | від 1 800 000 |
| УПГО СПЕКТ-1200 | 1200 | 60-90 | від 2 400 000 |
| УПГО СПЕКТ-1600 | 1600 | 90-120 | від 2 900 000 |
Цифрами позначено номінальну теплова потужністьустановки в кіловатах.
Обладнання провадиться відповідно до отриманого нами патенту та сертифіката відповідності.
Чим гріють інертні?
(Посібник з вибору).
Технологія виробництва бетонних сумішей взимку дещо відрізняється від технології виробництва бетону влітку.
При низьких температурах довкіллявід -5°С і нижче виникає кілька додаткових проблем:
- Температура інертних матеріалів (піску, щебеню) така, що виникають умови для замерзання води при замішуванні, і суміш не виходить.
- У приміщеннях бетонного заводупотрібне опалення для комфортної роботи персоналу та агрегатів.
- Готову бетонну суміш необхідно доставляти на будівельний майданчикіз температурою не нижче 15°С. Міксери, що перевозять бетон, також заправляються водою із температурою не нижче 40°С.
Перша проблема при слабких морозах частково вирішується використанням протиморозних добавокта розігрітою водою. Друга, застосуванням електронагрівачів. Третя проблема не вирішується без застосування спеціальних засобів.
Що потрібно для виробництва бетону взимку?
- Підігрів інертних (піску та щебеню) до температури від 5°С до 20°С.
- Підігрів води до температури від 40 до 70°С.
- Використання економічної системи опалення приміщень.
Які джерела енергії доступні для обігріву інертних та води?
Не розглядатимемо екзотичні джерела енергії, як вітрогенератори, сонячні батареї, Термальні джерелаі т.д. Завдання сформулюємо так:
Потрібно працювати за низьких температур;
Центральної системи теплопостачання немає;
Використання електроенергії дуже дороге.
Чим гріти інертні?
Найбільш поширеними джерелами енергії є газ і дизельне паливо, вони добре працюють разом із системами автоматизації. Можливе застосування мазуту та пічного палива. Дрова та кам'яне вугілля застосовуються рідше через складність автоматизації.
Яке обладнання для прогрівання інертних матеріалів використовується?
Промисловість випускає установки для нагрівання піску, щебеню, води, що працюють на різних фізичних принципах. Переваги та недоліки установок наведені нижче:
1. Розігрів інертних матеріалів гарячим повітрям.
Паливо: дизельне.
Переваги:
Температура повітря до 400 °С
Малі габарити;
Недоліки:
Низький ККД (високі енерговитрати при експлуатації, так як повітря не ефективно віддає тепло матеріалам, більша частинатепла йде в атмосферу);
Повільне прогрівання інертних матеріалів (30-60 хвилин);
Низький тиск повітря не продує дрібні фракціїта пісок;
Немає нагріву технологічної води;
Не використовується для опалення приміщень.
2. Прогрів інертних матеріалів парою.
Паливо: дизельне.
Переваги:
Високий ККД;
Висока ефективність прогрівання інертних матеріалів;
Швидке розігрів інертних матеріалів (10-20 хвилин);
Середня вартість;
Можна гріти воду;
Малі габарити;
Електрична потужність до 2 квт.
Недоліки:
Створюють високу вологість інертних матеріалів (внаслідок конденсації пари від 500 до 1000 кг на годину);
Високоефективні парові котли з температурою вище 115 °С та тиском понад 0.7 кг/см2 є піднаглядними;
Складно застосовувати для опалення приміщень (вимикається при простої бетонного заводу).
3. Нагрів інертних матеріалів регістрами з гарячою водоюабо пором.
Паливо: дизельне або центральне опалення.
Переваги:
Високий ККД;
Чи не складне, дешеве обладнання;
Не вимагається дозволу технагляду;
Можна гріти воду;
Можна використовувати для опалення приміщень;
Дуже малі габарити;
Електрична потужність до 0,5 кВт.
Недоліки:
Часто потребує ремонту та обслуговування регістрів;
Низька ефективність прогрівання інертних матеріалів;
Процес нагрівання триває кілька годин.
4. Турбоматики (розігрів інертних пароповітряною сумішшю з теплообмінниками).
Паливо: дизельне.
Переваги:
Високий ККД;
Не вимагається дозволу технагляду;
Немає регістрів;
Можна гріти воду.
Недоліки:
Складне, дороге обладнання;
Не застосовується для опалення приміщень;
Великі габарити;
Електрична потужність до 18-36 кВт (циклічно).
5. Установки парогазоповітряні.
Обігрів інертних матеріалів димовими газами.
Паливо: дизельне.
Переваги:
Високий ККД;
Висока ефективність прогрівання інертних матеріалів (10-20 хвилин);
Не складне обладнанняіз середньою вартістю;
Не вимагається дозволу технагляду;
Немає регістрів;
Температура суміші до 400 °С.
Можна використовувати для опалення приміщень (є черговий режим);
Є нагрівання води для технологічних потреб та заправки міксерів;
Невеликі габарити.
Недоліки:
Електрична потужність до 18 квт (циклічно).
Для всіх п'яти типів установок як паливо може застосовуватися природний газ низького або середнього тиску за наявності в обладнанні газових пальників. Потрібні погодження з технаглядними органами, наявність проекту та експертизи.Значна частина території Росії розташована в зонах з тривалою та суворою зимою. Однак будівництво здійснюється цілорічно, у зв'язку з цим близько 15% загального обсягу земляних робітдоводиться виконувати в зимових умовах і при мерзлому стані ґрунту. Особливість розробки грунту в мерзлому стані полягає в тому, що при замерзанні грунту механічна міцністьйого зростає, а технологія утруднюється. Взимку значно зростає трудомісткість розробки ґрунту ( ручних робіту 4...7 разів, механізованих у 3...5 разів), обмежується застосування деяких механізмів - екскаваторів, бульдозерів, скреперів, грейдерів, у той же час виїмки взимку можна виконувати без укосів. Вода, з якою багато неприємностей у теплу пору року, у замерзлому стані стає союзником будівельників. Іноді відпадає необхідність у шпунтових огорожах, практично завжди у водовідливі. Залежно від конкретних місцевих умов використовують такі методи розробки ґрунту:
■ запобігання ґрунту від промерзання з подальшою розробкою звичайними методами;
■ відтавання ґрунту з розробкою його в талому стані;
■ розробка ґрунту в мерзлому стані з попереднім розпушуванням;
■ безпосередня розробка мерзлого ґрунту.
5.11.1. Запобігання ґрунту від промерзання
Цей метод заснований на штучному створенніна поверхні ділянки, наміченої для розробки в зимовий час, термоізоляційного покриву з розробкою ґрунту в талому стані. Запобігання проводиться до настання стійких негативних температур, із завчасним відведенням з ділянки, що утеплюється. поверхневих вод. Застосовують такі способи влаштування термоізоляційного покриття: попереднє розпушування ґрунту, орання та боронування ґрунту, перехресне розпушування, укриття поверхні ґрунту утеплювачами та ін.
Попереднє розпушування ґрунту, а також орання та боронування здійснюється напередодні настання зимового періоду на ділянці, призначеній для розробки в зимових умовах. При розпушуванні поверхні ґрунту верхній шар набуває пухкої структури із заповненими повітрям замкнутими порожнечами, що володіють достатніми. теплоізоляційними властивостями. Оранку виробляють тракторними плугами або розпушувачами на глибину 30...35 см з подальшим боронуванням на глибину 15...20 см. Така обробка в поєднанні з сніговим покривом, що природно утворюється, віддаляють початок промерзання грунту на 1,5 міс, а на наступний період зменшують загальну глибину промерзання приблизно на 73. Сніговий покрив може бути збільшений переміщенням снігу на ділянку бульдозерами або автогрейдерами або установкою перпендикулярно напрямку панівних вітрів кількох рядів снігозахисних заборів з щитів решітчастих розміром 2 X 2 м на відстані 20 ... 30 м ряд від ряду.
Глибинне розпушування виробляють екскаваторами на глибину 1,3. ..1,5 м шляхом перекидання грунту, що розробляється на ділянці, де в подальшому буде розташовуватися земляна споруда.
Перехресне розпушування поверхні на глибину 30...40 см, другий шар якого розташовується під кутом 60...900, а кожна наступна прохідка виконується з нахльосткою на 20 см. Така обробка, включаючи сніговий покрив, відсуває початок замерзання ґрунту на 2.5. .3.5 міс., різко знижується загальна глибина промерзання.
Попередня обробка поверхні ґрунту механічним розпушуванням особливо ефективна при утепленні цих ділянок землі.
Укриття поверхні ґрунту утеплювачами. Для цього використовують дешеві місцеві матеріали – деревне листя, сухий мох, торф'яна дрібниця, солом'яні мати, стружки, тирса, сніг. Найбільш простий спосіб - укладання цих утеплювачів завтовшки шару 20...40 см безпосередньо по ґрунту. Таке поверхневе утеплення застосовують переважно для невеликих за площею виїмок.
Укриття з повітряним прошарком. Більш ефективним є використання місцевих матеріалів у поєднанні з повітряним прошарком. Для цього на поверхні ґрунту розкладають лежні товщиною 8...10 см, на них горбилі або інший підручний матеріал - гілки, прути, очерети; по них зверху насипають шар тирси або деревних стружоктовщиною 15...20 см із запобіганням їх від здування вітром. Таке укриття надзвичайно ефективно в умовах серединної Росії, воно фактично оберігає ґрунт від промерзання протягом усієї зими. Доцільно площу укриття (утеплення) збільшувати з кожного боку на 2...3 м, що захистить грунт від промерзання не лише зверху, а й збоку.
З початком розробки ґрунту вести його треба швидкими темпами, відразу на всю необхідну глибину та невеликими ділянками. Утеплюючий шар при цьому потрібно знімати тільки на площі, що розробляється, в іншому випадку при сильних морозах буде швидко утворюватися мерзла кірка грунту, що ускладнює виробництво робіт.
5.11.2. Метод розморожування ґрунту з розробкою його в талому стані
Відтавання відбувається за рахунок теплового впливу та характеризується значною трудомісткістю та енергетичними витратами. Застосовується в окремих випадках, коли інші методи неприпустимі або неприйнятні - поблизу комунікацій і кабелів, що діють, в обмежених умовах, при аварійних і ремонтних роботах.
Способи відтавання класифікуються за напрямом розповсюдження теплоти в грунті і теплоносії (спалювання палива, пара, гаряча вода, електрика). За напрямком розморожування всі способи діляться на три групи.
Відтавання ґрунту зверху вниз. Теплота поширюється у вертикальному напрямку від денної поверхні углиб ґрунту. Спосіб найпростіший, практично не вимагає підготовчих робіт, найчастіше застосовуємо практично, хоча з погляду економної витратиенергії найбільш недосконалий, так як джерело теплоти розміщується в зоні холодного повітря, тому неминучі значні втрати енергії в навколишній простір.
Відтавання ґрунту знизу вгору. Теплота поширюється від нижньої межі мерзлого ґрунту до денної поверхні. Спосіб найбільш економічний, тому що обпаювання відбувається під захистом мерзлої кірки ґрунту та втрати в простір практично виключені. Потрібна теплова енергія може бути частково заощаджена за рахунок залишення верхньої кірки ґрунту в промерзлому стані. Вона має найнижчу температуру, тому потребує великих витрат енергії на опаювання. Але цей тонкий шар ґрунту 10...15 см буде безперешкодно розроблений екскаватором, для цього цілком вистачить потужності машини. Головний недолік цього в необхідності виконання трудомістких підготовчих операцій, що обмежує область його застосування.
Радіальне розморожування грунту займає проміжне положення між двома попередніми способами витрати теплової енергії. Теплота поширюється в грунті радіально від вертикально встановлених прогрівних елементів, але для того, щоб їх встановити та підключити до роботи, потрібні значні підготовчі роботи.
Для виконання відтавання ґрунту за будь-яким із цих трьох способів необхідно ділянку попередньо очистити від снігу, щоб не витрачати теплову енергію на його відтавання і неприпустимо перезволожувати ґрунт.
Залежно від теплоносія, що застосовується, існує кілька методів відтавання.
Відтавання безпосереднім спалюванням палива. Якщо в зимовий час необхідно викопати 1...2 ями, найпростіше рішення - обійтися простим багаттям. Підтримка багаття протягом зміни призведе до відтавання грунту під ним на 30...40 см. Погасивши багаття і добре утепливши місце прогріву тирсою, відтавання грунту всередину буде продовжуватися за рахунок акумульованої енергії і за зміну може досягти загальної глибини до 1 м. можна знову розпалити багаття або розробити талий ґрунт і на дні ями розвести багаття. Застосовують спосіб дуже рідко, оскільки лише незначна частина теплової енергії витрачається продуктивно.
Вогневий спосіб застосовується для уривки невеликих траншей, використовується ланкова конструкція (рис. 5.41) з ряду металевих коробівусіченого типу, з яких легко збирається галерея необхідної довжини, у першому з них влаштовують камеру згоряння твердого або рідкого палива (вогнище з дров, рідке та газоподібне паливо зі спалюванням через форсунку). Теплова енергіяпереміщається до витяжної труби останнього короба, що створює необхідну тягу, завдяки якій гарячі гази проходять вздовж усієї галереї та грунт під коробами прогрівається по всій довжині. Зверху короба бажано утеплити, часто утеплювачем використовують талий ґрунт. Після зміни агрегат прибирають, смугу відтаючого ґрунту засипають тирсою, подальше опаювання продовжується за рахунок акумульованого в ґрунті тепла.
Електропрогрів. Сутність даного методу полягає у пропусканні електричного струму через грунт, внаслідок чого він набуває позитивної температури. Використовують горизонтальні та вертикальні електроди у вигляді стрижнів або смугової сталі. Для початкового руху електричного струму між стрижнями необхідно створити струмопровідне середовище. Таким середовищем може бути талий ґрунт, якщо електроди забити в ґрунт до талого ґрунту, або на поверхні ґрунту, очищеного від снігу, насипати шар тирси завтовшки 15...20 см, змочених сольовим розчином з концентрацією 0,2-0,5%. Спочатку змочені тирсу є струмопровідним елементом. Під впливом теплоти, що генерується в шарі тирси, верхній шар грунту нагрівається, опаює і сам стає провідником струму від одного електрода до іншого. Під впливом теплоти відбувається розморожування нижчих шарів грунту. У подальшому поширення теплової енергії здійснюється в основному в товщі грунту, тирса тільки захищає ділянку, що обігрівається, від втрат теплоти в атмосферу, для чого шар тирси доцільно накрити. рулонними матеріаламичи щитами. Цей спосіб досить ефективний при глибині промерзання або відтавання ґрунту до 0,7 м. Витрата електроенергії на відігрів 1 м3 ґрунту коливається в межах 150...300 кВт.год, температура нагрітої тирси не перевищує 80...90 °С.
Рис. 5.41. Установка для відтавання ґрунту рідким паливом:
а - загальний вигляд; б – схема утеплення короба; 1 – форсунка; 2 - утеплювач (обсипання талим ґрунтом); 3 – короба; 4 - витяжна труба; 5 - порожнина відтаючого ґрунту
Відтавання ґрунту смуговими електродами, що укладаються на поверхню ґрунту, очищеної від снігу та сміття, по можливості вирівняної. Кінці смугового заліза відгинають догори на 15...20 див підключення до електропроводів. Поверхня ділянки, що відігрівається, покривають шаром тирси товщиною 15...20 см, змочених розчином хлористого натрію або кальцію консистенції 0,2...0,5%. Так як ґрунт у промороженому стані не є провідником, то на першій стадії струм рухається по змоченим розчином тирсі. Далі відігрівається верхній шар грунту і відтала вода починає проводити електричний струм, процес з часом йде вглиб грунту, тирса починає виконувати роль теплозахисту ділянки, що відігрівається від тепловтрат в атмосферу. Тирса зверху зазвичай покривають толем, пергаміном, щитами, іншими захисними матеріалами. Спосіб застосовується при глибині відігріву до 0,6 ... 0,7 м, так як при великих глибинах напруга падає, ґрунти менш інтенсивно включаються в роботу, значно повільніше нагріваються. До того ж вони досить просочені з осені водою, яка потребує більше енергії для переходу в стан талий. Витрата енергії коливається не більше 50-85 кВт.год на 1 м3 грунту.
Відтавання ґрунту стрижневими електродами (рис. 5.42). Цей методздійснюють зверху вниз, знизу вгору та комбінованим способами. При відтаванні ґрунту вертикальними електродами стрижні з арматурного заліза із загостреним нижнім кінцем забиваються в ґрунт у шаховому порядку, зазвичай використовуючи рамку 4x4 м із хрестоподібно натягнутими дротиками; відстань між електродами виявляється в межах 05-08 м.
Рис. 5.42. Відтавання ґрунту глибинними електродами:
а – знизу вгору; б – зверху вниз; 1 - талий ґрунт; 2 - мерзлий ґрунт; 3 - електричний дріт; 4 - електрод; 5 - шар гідроізоляційного матеріалу; 6 - шар тирси; I-IV - шари розморожування
При прогріві зверху вниз попередньо очищають від снігу та наледи поверхню, стрижні забивають у грунт на 20...25 см, укладають шар тирси, просочених розчином солей. У міру прогріву ґрунту електроди забивають глибше у ґрунт. Оптимальною буде глибина прогріву в межах 0,7... 1,5 м. ...2 сут. Відстань між електродами 40...80 див, витрата енергії проти смуговими електродами скорочується на 15...20% і як 40...75 кВт-год на 1 м3 грунту.
При прогріванні знизу вгору пробурюють свердловини і вставляють електроди на глибину, що перевищує глибину промерзлого грунту на 15...20 см. Струм між електродами йде по талому грунту нижче рівня промерзання, при нагріванні грунт відігріває шари, що лежать вище, які також включаються в роботу. При цьому методі застосовувати шар тирси не потрібно. Витрата енергії становить 15...40 кВт/год на 1 м3 ґрунту.
Третій, комбінований спосіб, буде мати місце при заглибленні електродів у підстилаючий талий грунт і пристрої на денній поверхні тирси засипки, просоченої сольовим розчином. Електричний ланцюг замкнеться нагорі та внизу, відтавання ґрунту відбуватиметься зверху вниз та знизу вгору одночасно. Так як трудомісткість підготовчих робіт при цьому способі найвища, його застосування може бути виправдане лише у виняткових випадках, коли потрібно прискорене відтавання грунту.
Відтавання струмами високої частоти. Цей метод дозволяє різко скоротити підготовчі роботи, так як промерзлий ґрунт зберігає провідність до струмів високої частоти, тому відпадає потреба у великому заглибленні електродів у ґрунт і у пристрої тирси засипки. Відстань між електродами може бути збільшено до 1,2 м, тобто скорочено їх кількість майже вдвічі. Процес відтавання ґрунту протікає відносно швидко. Обмежене використання способу пов'язане з недостатнім випуском генераторів струмів високої частоти.
Одним із методів, які в даний час втратили свою ефективність і витіснені сучаснішими, є відтавання ґрунту паровими або водяними голками. Дня цього потрібна наявність джерел гарячої водиі пара, при малій, до 0,8 м глибині промерзання ґрунту. Парові голки є металеву трубудовжиною до 2 м та діаметром 25...50 мм. На нижню частинутруби насаджений наконечник з отворами діаметром 2...3 мм. Голки з'єднують із паропроводом гнучкими гумовими шлангами за наявності на них кранів. Голки заглиблюють у свердловини, що попередньо пробурюються на глибину, приблизно рівну 70% глибини відтавання. Свердловини закривають захисними ковпаками, забезпечені сальниками для пропуску парової голки. Пара подають під тиском 0,06...0,07 МПа. Після установки акумульованих ковпаків поверхню, що прогрівається, покривають шаром термоізоляційного матеріалу, найчастіше тирси. Голки розташовують у шаховому порядку з відстанню між центрами 11,5 м.
Витрата пари на 1 м3 ґрунту становить 50... 100 кг. За рахунок виділення пором у ґрунті прихованої теплоти пароутворення прогрів ґрунту проходить особливо інтенсивно. Цей метод вимагає витрати теплової енергії приблизно вдвічі більше, ніж метод вертикальних електродів.
Відтавання ґрунту теплоелектронагрівачами. Даний метод заснований на передачі теплоти мерзлому ґрунту контактним способом. Як основні технічних засобівзастосовуються електро-мати, що виготовляються із спеціального теплопровідного матеріалу, через який пропускають електричний струм. Прямокутні мати, розміри яких можуть закривати поверхню від 4...8 м2, укладаються на ділянку, що відтає, і приєднуються до джерела електрики напругою 220 В. При цьому тепло, що утворюється, ефективно поширюється зверху вниз в товщу мерзлого грунту, що призводить до його відтавання. Час, необхідний для відтавання, залежить від температури навколишнього повітря та від глибини промерзання ґрунту та в середньому становить 15-20 год.
5.11.3. Розробка ґрунту в мерзлому стані з попереднім розпушуванням
Розпушування мерзлого ґрунту з подальшою розробкою землерийними та землерийно-транспортними машинами здійснюють механічним або вибуховим методом.
Механічне розпушування мерзлого ґрунту з використанням сучасних будівельних машин підвищеної потужності набуває все більшого поширення. Відповідно до вимог екології перед зимовою розробкою ґрунту необхідно в осінній період зняти бульдозером шар рослинного ґрунту з наміченої для розробки ділянки. Механічне розпушування базується на різанні, розколюванні або сколі мерзлого ґрунту статичним (рис. 5.43) або динамічним впливом.
Рис. 5.43. Розпушування мерзлого ґрунту статичним впливом:
а - бульдозером з активними зубами, б - екскаватором-розпушувачем, 1 - напрямок ходу розпушування
При динамічному впливі на ґрунт здійснюється його розколювання або сколи молотами. вільного падіннята спрямованої дії (рис. 5.44). Цим способом розпушування ґрунту виробляють молотами вільного падіння (куля- і клин-молотами), підвішеними на канатах на стріли екскаваторів, або молотами спрямованої дії, коли розпушування здійснюється сколом ґрунту. Розпушування механічним способом дозволяє здійснювати його розробку землерийними та землерийно-транспортними машинами. Молоти масою до 5 т скидають з висоти 5...8 м: молот у формі кулі рекомендується застосовувати при розпушуванні піщаних та супіщаних ґрунтів, клин-молоти – для глинистих (при глибині промерзання 0,5...0,7 м). Як молот спрямованої дії широко застосовують дизель-молоти на екскаваторах або тракторах; вони дозволяють руйнувати проморожений ґрунт на глибину До 1,3 м (рис. 5.45).
Статична дія заснована на безперервному ріжучому зусиллі в мерзлому грунті спеціального робочого органу - зуба-розпушувача, який може бути робочим обладнанням гідравлічного екскаватора «зворотна лопата» або бути навісним обладнанням на потужних тракторах.
Розпушування статичними розпушувачами на основі трактора має на увазі як навісного обладнанняспеціального ножа (зуба), ріжуче зусилля якого створюється з допомогою тягового зусилля трактора.
Машини цього типу розраховані на пошарове розпушування ґрунту на глибину 0,3...0,4 м. Число зубів залежить від потужності трактора при мінімальній потужності трактора 250 к.с. використовується один зуб. Розпушування ґрунту здійснюють паралельними пошаровими проходками через 0,5 м з наступними поперечними проходками під кутом 60...900 до попередніх. Переміщення розпушеного ґрунту у відвал здійснюють бульдозерами. Доцільно навісне обладнання кріпити безпосередньо на бульдозер та використовувати його для самостійного переміщення розпушеного ґрунту (див. рис. 5.21). Продуктивність розпушувача 15...20 м3/год.
Здатність статичних розпушувачів пошарово розробляти мерзлий грунт дозволяє використовувати їх незалежно від глибини промерзання грунту. Сучасні розпушувачі на базі тракторів з бульдозерним обладнанням завдяки своїм широким технологічним можливостям знаходять. широке застосуванняв будівництві. Це зумовлено їхньою високою економічністю. Так, вартість розробки ґрунту із застосуванням розпушувачів у порівнянні з вибуховим способом розпушування у 2...3 рази нижча. Глибина розпушування цими машинами становить 700...1400 мм.
5.45. Схема спільної роботи дизель-молота та екскаватора «пряма лопата»
Розпушування мерзлих ґрунтів вибухом ефективно при значних обсягах розробки мерзлого ґрунту. Метод застосовують переважно на незабудованих ділянках, та обмежено забудованих – з використанням укриттів та локалізаторів вибуху (важких привантажувальних плит).
Залежно від глибини промерзання ґрунту вибухові роботи виконують (рис. 5.46):
■ методом шпурових та щілинних зарядів при глибині промерзання ґрунту до 2 м;
■ методом свердловинних та щілинних зарядів при глибині промерзання понад 2 м.
Шпури просвердлюють діаметром 22...50 мм, свердловини - 900...1100 мм, відстань між рядами приймається від 1 до 1,5 м. Щілини на відстані 0,9... 1,2 м одна від одної нарізають щеленарез Вими м'яптнями фрезерного типу або баровими машинами. З трьох Сусідних щілин вибухова речовина міститься тільки в середню, крайні та проміжні щілини служать для компенсації зсуву мерзлого ґрунту під час вибуху та для зниження сейсмічного ефекту. Заряджають щілини подовженими або зосередженими зарядами, після чого їх зверху засипають талим піском. При якісному виконанні підготовчих робіт у процесі підривання мерзлий ґрунт повністю дробиться, не ушкоджуючи стінки котловану або траншеї.
Рис. 5.46. Методи розпушування мерзлого ґрунту вибухом:
а – шпуровими зарядами; б - те ж, свердловинними; в - те ж, котловими; г - те ж, малокамерними; д, е - те ж, камерними; ж - те ж, щілинними; 1 – заряд ВР; 2 - набійка; 3 – груди вибою; 4 – рукав; 5 – шурф; б - штольня; 7 – робоча щілина; 8 – компенсаційна щілина
Розпушений вибухами ґрунт розробляється екскаваторами або землерийно-транспортними машинами.
5.11.4. Безпосередня розробка мерзлого ґрунту
Розробка (без попереднього розпушування) може здійснюватися двома методами – блоковим та механічним.
Блоковий метод розробки застосовується для великих площ і заснований на тому, що монолітність мерзлого ґрунту порушується за рахунок розрізання його на блоки. За допомогою навісного обладнання на тракторі - барової машини ґрунт розрізають при взаємно перпендикулярних проходках на блоки шириною 0,6...1,0 м (рис. 5.47). При малій глибині промерзання (до 0,6 м) достатньо зробити лише поздовжні розрізи.
Барові машини, що здійснюють нарізування щілин, мають один, два або три врубові ланцюги, навішені на трактори або траншейні екскаватори. Барові машини дозволяють прорізати в мерзлому грунті щілини глибиною 1,2...2,5 м. Використовують сталеві зубці з ріжучою кромкою з міцного сплаву, що продовжує термін їхньої служби, а при зношуванні або стиранні дозволяє швидко їх замінити. Відстань між барами приймається залежно від ґрунту через 60... 100 см. Розробку проводять екскаваторами «зворотна лопата» з ковшем великої місткості або брили ґрунту волоком переміщують з майданчика, що розробляється, у відвал бульдозерами або гранторами.
5.47. Схема блокової розробки ґрунту:
а – нарізка щілин баровою машиною; б - те саме, з вилученням блоків трактором; в - розробка котловану із вилученням блоків мерзлого ґрунту за допомогою крана; I - шар мерзлого ґрунту; 2 - ріжучі ланцюги (бари); 3 – екскаватор; 4 - щілини у мерзлому ґрунті; 5 – нарізані блоки ґрунту; 6 - блоки, що переміщаються з майданчика; 7 – столики крана; 8 - транспортний засіб; 9 - кліщовий захоплення; 10 – будівельний кран; 11 - трактор
Механічний метод заснований на силовому, а частіше у поєднанні з ударним чи вібраційним впливом на масив мерзлого ґрунту. Реалізується метод застосуванням звичайних землерийних та землерийно-транспортних машин та машин із спеціально розробленими для зимових умов робочими органами (рис. 5.48).
Звичайні серійні машини застосовують у початковий періодзими, коли глибина промерзання ґрунту незначна. Пряма та зворотна лопата можуть розробляти ґрунт при глибині промерзання 0,25...0,3 м; з ковшем місткістю понад 0,65 м3-0,4 м; екскаватор драглайн – до 0,15 м; бульдозери та скрепери в змозі розробляти промерзлий ґрунт на глибину до 15 см.
Рис. 5.48. Механічний спосіббезпосередньої розробки ґрунту:
а – ківш екскаватора з активними зубами; б - розробка грунту екскаватором «зворотна лопата» та захватно-кліщовим пристроєм; в - землерийно-фрезерна машина; 1 – ківш; 2 – зуб ков-ша; 3 – ударник; 4 – вібратор; 5 - захватно-кліщовий пристрій; б – відвал бульдозера; 7 - гідроциліндр для підйому та опускання робочого органу; 8 – робочий орган (фреза)
Для зимових умов розроблено спеціальне обладнання для одноківшових екскаваторів - ковші з віброударними активними зубами та ковші із захватно-кліщовим пристроєм. Витрати енергії на різання ґрунту приблизно в 10 разів більші, ніж на сколювання. Вмонтування в ріжучий крайковша екскаватора віброударних механізмів, аналогічних по роботі відбійного молотка, приносять добрі результати. За рахунок надлишкового ріжучого зусилля такі одноковшові екскаватори можуть пошарово розробляти масив мерзлого ґрунту. Процес розпушування та екскавації ґрунту виявляється єдиним.
Розробку ґрунту здійснюють і багатоковшовими екскаваторами, спеціально розробленими для проходки траншів у мерзлому ґрунті. Для цієї мети служить спеціальний ріжучий інструменту вигляді іклів, зубів або коронок із вставками із твердого металу, що зміцнюються на ківшах. На рис. 5.48 а показаний робочий орган багатоківшового екскаватора з активними зубами для розробки скельних і мерзлих грунтів.
Пошарову розробку ґрунту можна здійснювати спеціалізованою землерийно-фрезерною машиною, що знімає стружку глибиною до 0,3 м та шириною 2,6 м. Переміщення розробленого мерзлого ґрунту виробляють бульдозерним обладнанням, що входить до комплекту машини.
Завантаження...