Оттаивание мерзлых грунтов (табл. VI.1.11) следует применять при небольших объемах земляных работ; при отсутствии или невозможности применения средств для рыхления; в стесненных условиях; при наличии подземных коммуникаций.
VI.I.11. Характеристика различных способов оттаивании
Способ оттаивания | Толщина слоя оттаивания, м | Продолжительность оттаивания, ч | Расход энергоресурсов на 1 м: |
Сжиганием твердого, жидкого или газообразного топлива в галерее из металлических коробов | 1—1,2 | 72 | 16 кг условного топлива |
Паровыми регистрами | 0.8 | 48 | 50—100 кг пара |
Паровыми иглами | 1 более | 48 | 50—100 кг пара давлением 0,06—0,07 МПа |
Полосовыми электродами | 0.5—0,7 | 20—30 | 50—80 кВт-ч |
Стержневыми электродами | 1—1,2 | 48 | 40—60 кВт-ч |
Теплоэлектронагревателями | На глубину промерзания | 24 | 10—15 кВт-ч при 60— 80 °C |
Блок-приставка автоматического регулирования электропрогрева грунта ЦНИИОМТП предназначена для совместной работы с трансформаторной подстанцией КТП-63-ОБ, а также с другими понижающими трансформаторами.
Блок-приставка состоит из блока, крепящегося на кронштейнах к шкафу трансформаторной подстанции, и выносного термодатчика.
Блок-приставка
Для оттаивания грунта при разработке небольших траншей применяют галереи из металлических коробов. Первый из них представляет камеру сгорания, в которой сжигается топливо. Последний короб снабжен вытяжной трубой. Для теплоизоляции галереи металлические короба обсыпают талым грунтом. Взамен коробов могут быть использованы сегменты из труб.
При наличии передвижных паровых котлов оттаивание грунта с поверхности выполняется при помощи паровых регистров, укладываемых на поверхность и закрываемых слоем опилок.
Применяют также паровые иглы длиной 1,5—2 м и диаметром 25—30 мм. Она представляет собой трубу, в нижней части которой находится наконечник с отверстиями диаметром 2—3 мм. Иглы соединяют с паропроводом резиновыми шлангами. Иглы заглубляют в скважины на 0,7 На (На — глубина промерзания. Иглы располагают в шахматном порядке на расстоянии 1—1,5 м).
Поверхностный электропрогрев осуществляется при помощи полосовых электродов сечением 50x5 мм, длиной 2—3 м, укладываемых на поверхность грунта на расстоянии 15—18 см при напряжении 65 В, 25—35 см —при напряжении 120 В, 40—50 см — при напряжении 220 В и 75—80 см — при напряжении 380 В. Для подключения к проводам концы электродов отгибаются кверху на 15—20 см. Поверхность отогреваемого участка покрывают слоем опилок толщиной 15—20 см, смоченных раствором хлористого кальция (хлористого натрия) 0,2—0,5 %-ной концентрации. После разогрева опилок до 80...90°С ток отключается и включается снова при 50...60°С.
Наиболее экономичным и эффективным способом оттаивания грунта является глубинный электропрогрев. Этот способ позволяет создать направленный тепловой поток снизу вверх под защитой мерзлой корки. Корка предохраняет зону обогрева от теплопотерь в воздух, ее толщина должна позволять разрабатывать грунт экскаватором. Глубинные электроды диаметром 12—19 мм в шахматном порядке забивают сквозь всю толщину мерзлого слоя на 15—20 см в талый грунт. Электрический ток, проходя в талом грунте, нагревает его и способствует оттаиванию расположенного под ним мерзлого слоя. Почти все тепло используется на оттаивание. Расстояние между электродами принимается равным 0,5 м при напряжении 220 В и 0,7 м при напряжении 380 В. К разработке прогретого грунта приступают через 1—2 сут после окончания прогрева. Расход электроэнергии составляет 12—40 кВт-ч на 1 м3 грунта в зависимости от влажности и температуры грунта.
Оттаивание грунта осуществляют также теплоэлектронагревателями, представляющими собой стальные трубы диаметром 50—60 мм и длиной 1 м с вмонтированными внутри нагревательными элементами. Пространство между нагревателями и трубой заполняется материалом, сочетающим в себе электроизоляционные и теплопроводные свойства. Нагреватели устанавливают в вертикальные шпуры на расстоянии 0,75—1,25 м в зависимости от начальной температуры грунта.
Теплоэлектронагреватели системы Благушко изготовляют из двух водопроводных труб, соосно смонтированных одна в другую с заполнением зазора между ними просеянным песком и заливкой жидким стеклом.
Механическая прочность мерзлых грунтов (табл. VI.1.12) и глубина промерзания обусловливают выбор оборудования для рыхления. Глубину промерзания неутепленного грунта при 30 %-ной влажности определяют по формуле 
где р —ΤΖ/1000; Т — среднемесячная отрицательная температура: Ζ — число дней с отрицательной температурой для рассчитываемого периода зимы; ΤΖ — число зимних градусо-дней.
VI.I.12. Механическая прочность мерзлого грунта (временное сопротивление)
Подсчет объемов земляных работ. Объем котлованов с откосами одинаковой крутизны при прямоугольной форме дна и плоскости верхнего основания определяют по формуле
где h — глубина котлована; а и в - длины сторон дна котлована;
—
заложение откоса.
При подсчете объемов траншей определяют площади поперечного сечения траншей на пикетах, а также в точках перелома профиля или поворота оси траншеи. Объем выемки между двумя смежными поперечниками, расположенными на расстоянии L, определяют по формуле
где F1 и F2 — площади смежных поперечников.
При трапецеидальной форме поперечников траншеи площадь поперечника
где h — глубина траншеи; В — ширина траншеи по дну; m — коэффициент откоса.
К объему траншеи добавляют объемы приямков для заделки стыков трубопроводов. Дополнительные объемы земляных работ для устройства приямков, уширений, углублений оцениваются в пределах 2 %.
При разработках грунта одноковшовыми экскаваторами в котлованах и траншеях не следует нарушать естественную структуру грунта в основании. При разработке выемок многоковшовыми экскаваторами и скреперами недобор ограничивается 5 см, а бульдозерами — 10 см.
Размеры котлованов для колодцев определяют на основании табл. VI.1.8—VI.1.9.
Объем въездной траншеи в котлован определяют по формуле
где В — ширина траншеи по дну; h — глубина котлована; m — заложение откоса траншеи: т' — заложение въездного пандуса.
VI. 1.9. Зависимость глубины промерзания грунта от длительности воздействия отрицательной температуры наружного воздуха
VI. 1.10. Схема разработки котлованов глубиной до 5 м: 1 —экскаватор; 2 — экскаватор с дизель-молотом; 3 — мерзлый грунт; 4 — проектная отметка дна котлована
На рис. VI.1.9—VI.1.11 показаны зависимость глубины промерзания грунта от длительности воздействия отрицательной температуры наружного воздуха, схема разработки котлованов глубиной до 5 м при отрицательных температурах наружного воздуха и типы крепления вертикальных стенок траншей и котлованов.
VI. 1.11. Типы крепления вертикальных стенок траншей и котлованов а — распорное горизонтальное с прозорами: 1 — горизонтальный ряд досок; 2 — вертикальная стойка; 3 — распорка; б — рамное горизонтальное сплошное (с инвентарными распорками — рамами): 1 — рамы через 2 м; 2 — щиты из досок; в — распорное вертикальное: 1 — сплошная дощатая стенка; 2 — горизонтальная схватка; 3 — распорки по длине 1,5 м; е — анкерное: 1 — сплошная дощатая стенка; 2 — вертикальная стойка; 3 — затяжка; 4 — колышек; д —подкосное: 1 — дощатая сплошная стенка; 2 — вертикальная стойка; 3 — колышек; 4 — подкос
