Технология и механизация земляных работ в зимних условиях: Учебное пособие, страница 2

ВВЕДЕНИЕ

Особенность производства земляных работ в зимних условиях заключается в том, что зимой под действием отрицательных температур механическая прочность грунта значительно возрастает и, следовательно, затрудняется его разработка.

Промерзание грунта начинается при температуре грунта -1 °С.   Спустя 5-15 суток после понижения температуры наружного воздуха до отрицательных значений грунт переходит в устойчиво мерзлое состояние и сохраняет его еще в течение 15-25 суток после окончания зимнего периода. Время промерзания грунтов зависит от температуры наружного воздуха, например:

При промерзании грунта находящаяся в нем вода превращается в лед, выполняющий функции связующего вещества, которое цементирует частицы грунта, превращая его в твердое тело. Твердость мерзлого грунта зависит от его влажности и температуры окружающего воздуха: чем больше влажность, мельче поры и ниже температура, тем больше затвердевает грунт.

Наибольшую твердость при замерзании приобретают глинистые влагоемкие грунты, приближающиеся по своим прочностным качествам в мерзлом состоянии к скальным грунтам (прочность таких мерзлых грунтов может достигать 40 МПа).  Прочность песчаных и гравелистых грунтов, залегающих выше уровня грунтовых вод, при замерзании практически не повышается.

Необходимо также отметить, что вода, превращаясь в лед, увеличивается в объеме. Поэтому, замерзая в порах грунта, такая вода оказывает давление на его смежные частицы, заставляя последние смещаться в сторону наименьшего сопротивления - как правило вверх. Этим явлением объясняется свойство многих связных грунтов вспучиваться, то есть в условиях сезонного промерзания занимать положение, которое выше уровня их естественного залегания. При оттаивании происходит обратное явление - осадка грунта.

Пучению подвержены, как правило, влажные пылеватые и глинистые грунты, увлажнению которых часто способствует капиллярное всасывание ими грунтовых вод. Однако это явление может наблюдаться и в водонасыщенных супесчаных и песчаных грунтах при наличии подстилающего водонепроницаемого пласта.

Пучение грунтов - весьма опасное явление, с которым необходимо бороться и по возможности предотвращать. Это достигается водоотводом с площадки строительства, защитой от стока поверхностных вод в выемки и устройством дренажа. Кроме того, при производстве работ в зимних условиях основания под здания и сооружения всегда следует защищать от промерзания грунта путем устройства утепляющей одежды.

При подборе механизмов для производства земляных работ необходимо знать глубину промерзания грунта. Ее величина определяется либо путем замера в натуре, либо на основании средних данных наблюдений метеорологических станций в районе строительства в течение последних 15-20 лет.

Глубина промерзания зависит от следующих факторов: величины отрицательной температуры наружного воздуха; продолжительности воздействия отрицательной температуры; влагонасыщенности грунта; наличия на его поверхности теплоизоляционного покрытия (растительного слоя, искусственных термоизоляционных материалов, снега); механического состояния грунта (рыхлый, плотный, слежавшийся); гранулометрического состава.

Если до наступления отрицательной температуры прошли обильные снегопады, глубина промерзания значительно уменьшается. Например, снежный покров толщиной 10 см уменьшает глубину промерзания грунта в 2 раза, а 40 см - в 3.

Под действием отрицательных температур изменяются основные физико-механические свойства грунта, что обязательно должно учитываться при его разработке. В наибольшей степени при промерзании возрастает прочность грунта на сжатие (она может во много раз превышать прочность грунта в естественном состоянии). Поэтому наиболее эффективным является разрушение мерзлых грунтов скалыванием, а не раздавливанием (резанием). Помимо этого для мерзлого грунта характерна значительная абразивность и повышенное электросопротивление.