Excavación en el invierno. Movimiento de tierras en invierno y permafrost. Desarrollo directo del suelo congelado.

Desde el punto de vista de la mayoría de los constructores, la estación más fría del año no es el mejor momento para comenzar los trabajos de construcción. Sin embargo, algunos de ellos aún deben realizarse incluso en invierno. Después de todo, el proceso de construcción del edificio es impulsado por la voluntad del cliente del proyecto, en lugar de las preferencias de los artistas intérpretes o ejecutantes. Y es por eso que incluso una categoría tan compleja y que consume mucho tiempo como el movimiento de tierras puede caer en la categoría de trabajos de construcción en invierno.

Además, la dificultad para llevar a cabo tales operaciones radica no solo en la necesidad de superar las condiciones climáticas más duras, sino también en el hecho de que el movimiento de tierras en invierno debe realizarse en características físicas del suelo completamente cambiadas.

  En realidad, el trabajo de invierno en el suelo comienza incluso antes de las primeras heladas de otoño. En este momento, es necesario llevar a cabo una serie de medidas preparatorias, cuyo propósito será proteger el suelo de la congelación. Este conjunto de medidas incluye dos procedimientos: aflojamiento y aislamiento térmico de la superficie del suelo.

Primera etapa  Las medidas de precaución (aflojamiento del suelo) se llevan a cabo mediante un método mecánico: el área asignada para el movimiento de tierras se abre con arados a una profundidad de al menos 30-40 centímetros. El objetivo principal de esta acción es saturar la capa de tierra densa con aire, lo que aumenta la inercia térmica del suelo.

Segunda etapa  Las medidas preventivas consisten en disponer la capa externa de protección térmica. Como tal, se utiliza cualquier material disponible con propiedades de aislamiento térmico: aserrín, hojas secas, escoria, lana mineral usada, etc. Una buena adición a la barrera artificial será una capa de aislante térmico natural: la nieve.

Después de completar la etapa preliminar, el sitio de construcción permanece en este estado preservado hasta el inicio de la excavación.

Debe notarse de inmediato que ni aflojar ni calentar el suelo proporciona una protección del 100% contra la congelación, por lo que el trabajo de excavación en el invierno comienza con la eliminación de la capa de aislamiento, el descongelamiento y el aflojamiento del suelo. Y solo después de eso puedes comenzar a extraer el suelo. Además, tales manipulaciones deben hacerse solo en el área que se supone que debe procesarse precisamente en el turno de hoy.

La descongelación gradual del suelo se lleva a cabo utilizando cualquier fuente de calor. Sin embargo, en la mayoría de los casos, se utiliza fuego o vapor sobrecalentado para estos fines. Además, el agua caliente y los calentadores eléctricos no muestran los peores resultados. Es cierto que las últimas opciones tienen sus inconvenientes: el uso de agua aumenta la humedad del suelo y conduce a la formación de hielo en el suelo, y el funcionamiento de los calentadores eléctricos es muy costoso.

El aflojamiento del suelo descongelado se realiza con equipos de construcción pesados. Y el papel clave en esta operación lo desempeñan las excavadoras con una capacidad de cucharón de hasta 0,5 metros cúbicos. Cabe señalar que la capacidad de las excavadoras es suficiente incluso para aflojar el suelo que aún no se ha descongelado. Es cierto que tal descuido de la etapa de tratamiento térmico del suelo solo se permite si la profundidad de congelación del suelo no supera los 40 centímetros.

Un poco más complicado es el aflojamiento del suelo congelado. Para aflojar profundidades de 1 metro, se utilizan fresas especiales y martillos diésel, que son necesarios para accionar cuñas. Este proceso puede ir acompañado de la instalación de "agujas" especiales conectadas al generador de vapor en las capas de suelo congelado. Y un enfoque tan integrado puede aumentar la eficiencia energética del proceso de descongelación del suelo.

En etapas posteriores  Los movimientos de tierra en invierno prácticamente no difieren de operaciones similares realizadas en otras épocas del año: los pozos y trincheras están equipados con la misma tecnología que en verano. Además, en esta etapa, las heladas de invierno pueden convertirse no solo en oponentes, sino también en aliados: el borde del hoyo o trinchera incautado por las heladas es menos propenso a las amenazas de desmoronamiento del suelo.

Algunas diferencias en la organización de los movimientos de tierra en verano e invierno se observan nuevamente en la etapa final, cuando las trincheras y pozos se están quedando dormidos. El suelo para estos fines se toma de un lugar de almacenamiento organizado de acuerdo con las reglas de verano, teniendo en cuenta los detalles que son característicos del trabajo de invierno (aislamiento de la superficie de la pila con tierra eliminada).

Y si el movimiento de tierras toma un período de tiempo suficientemente largo, entonces el suelo en la pila necesitará aflojarse y descongelarse. De hecho, de acuerdo con los códigos de construcción, solo el suelo descongelado con trozos de tierra congelados de aproximadamente el 10-15 por ciento del volumen total puede usarse para rellenar trincheras. Estos detalles de la etapa final de la excavación deben tenerse en cuenta al determinar el cronograma para el uso (y alquiler) de equipos térmicos en el sitio.

Una parte importante del territorio de Rusia se encuentra en zonas con inviernos largos y duros. Sin embargo, la construcción se lleva a cabo durante todo el año, en relación con la cual aproximadamente el 20% del volumen total de movimiento de tierras debe llevarse a cabo cuando el suelo está congelado.

Para suelos congelados, es característico un aumento significativo en la complejidad de su desarrollo debido al aumento de la resistencia mecánica. Además, el estado congelado del suelo complica la tecnología, limita el uso de ciertos tipos de máquinas de movimiento de tierras (excavadoras) y de movimiento de tierras (excavadoras, raspadores, atenuadores), reduce el rendimiento de los vehículos y contribuye al rápido desgaste de las piezas de la máquina, especialmente sus cuerpos de trabajo. Al mismo tiempo, se pueden desarrollar excavaciones temporales en terreno congelado sin pendientes.

Dependiendo de las condiciones locales específicas, el desarrollo del suelo en condiciones invernales se lleva a cabo mediante los siguientes métodos: 1) protección del suelo contra la congelación y posterior desarrollo mediante métodos convencionales, 2) desarrollo del suelo en estado congelado con aflojamiento preliminar, 3) desarrollo directo del suelo congelado, 4) descongelación de una libra y su desarrollo en un estado de talom.

La protección del suelo contra la congelación se lleva a cabo aflojando las capas superficiales, cubriendo la superficie con varios calentadores, impregnando una libra con soluciones salinas.

El aflojamiento del suelo arando y desgarrando se lleva a cabo en el área destinada al desarrollo en condiciones invernales. Como resultado, la capa superior de la libra adquiere una estructura suelta con huecos cerrados llenos de aire, que tiene suficientes propiedades de aislamiento térmico. El arado se lleva a cabo mediante arados de factor o cultivadores a una profundidad de 20 ... 35 cm, seguido de desgarramiento a una profundidad de 15 ... 20 cm en una dirección (o en direcciones cruzadas), lo que aumenta el efecto de aislamiento térmico en un 18 ... 30%.

El refugio de la superficie del suelo se lleva a cabo con materiales aislantes del calor, preferiblemente de materiales locales baratos: hojas de madera, musgo seco, finos de turba, esteras de paja, escoria, capas calientes y aserrín, colocados en una capa de 20 ... 40 cm directamente por libra. El aislamiento superficial de la libra se utiliza principalmente para pequeños recovecos.

El cultivo de suelo congelado con el posterior desarrollo de máquinas de movimiento de tierra o movimiento de tierra se lleva a cabo por métodos mecánicos o explosivos.

El aflojamiento mecánico se basa en cortar, dividir o picar una capa de tierra congelada con un efecto estático o dinámico.

El impacto estático se basa en el impacto de las fuerzas de corte continuas en el suelo congelado por un cuerpo de trabajo especial: un diente. Para esto, se utiliza un equipo especial, en el que se crea la fuerza de corte continua del diente debido a la fuerza de tracción del tractor tractor. Las máquinas de este tipo producen penetración capa por capa del suelo congelado, proporcionando para cada penetración una profundidad de aflojamiento del orden de 0,3 ... 0,4 m. Afloje el suelo en penetraciones paralelas (después de aproximadamente 0,5 m) con penetraciones transversales posteriores en un ángulo de 60 ... 90 ° a las anteriores. Productividad del desgarrador 15 ... 20 m3 / h. Como desgarradores estáticos, se utilizan excavadoras hidráulicas con un cuerpo de trabajo: un desgarrador de dientes.

La posibilidad de desarrollo capa por capa de la libra congelada hace que los cultivadores estáticos sean aplicables independientemente de la profundidad de congelación.

El efecto dinámico se basa en la creación de shock nafuza en la superficie abierta de la libra congelada. De esta manera, una libra es destruida por los martillos de caída libre (aflojándose al partirlos) o por martillos direccionales (aflojándose al partirse). El martillo de caída libre puede tomar la forma de una bola o una cuña de hasta 5 toneladas, suspendida de una cuerda al brazo de una excavadora y caída desde una altura de 5 ... 8 m. Las bolas se recomiendan para aflojar arena y libras arenosas, y cuñas de arcilla (con una profundidad de congelación de 0 , 5 ... 0,7 m).

Los martillos diesel, que se usan como accesorios para una excavadora o tractor, se usan ampliamente como martillos direccionales. Los martillos diesel le permiten destruir una libra a una profundidad de 1.3 m.

El cultivo explosivo es efectivo a profundidades de congelación de 0.4 ... 1.5 mo más y con volúmenes significativos de desarrollo de libras congeladas. Se utiliza principalmente en áreas subdesarrolladas y en zonas urbanas espontáneamente, utilizando refugios y localizadores de explosiones (losas invisibles pesadas). Cuando se afloja a una profundidad de 1,5 m, se utilizan los métodos de agujero y ranura, y a grandes profundidades, los métodos de perforación o ranura. Las ranuras a una distancia de 0,9 ... 1,2 m entre sí se cortan con fresadoras de tipo ranura o máquinas de barra. De las tres ranuras vecinas, una media está cargada, las ranuras extrema e intermedia sirven para compensar el desplazamiento de la libra congelada durante la explosión y para reducir el efecto sísmico. Las ranuras se cargan con cargas alargadas o concentradas, después de lo cual se obstruyen con arena. Al realizar la voladura, la libra congelada se aplasta por completo sin dañar las paredes del pozo o la zanja.

El desarrollo directo del suelo congelado (desprendimiento previo) se lleva a cabo por dos métodos: bloque y mecánico.

El método de bloques se basa en el hecho de que se viola la solidez del suelo congelado al cortarlo en bloques, que luego son eliminados por una excavadora, una grúa de construcción o un tractor. El corte en bloques se realiza en direcciones perpendiculares entre sí. Con una profundidad de congelación poco profunda (hasta 0.6 m), solo los cortes longitudinales son suficientes. La profundidad de las ranuras cortadas en la capa congelada debe ser aproximadamente el 80% de la profundidad de congelación, ya que la capa debilitada en el límite de las zonas congeladas y descongeladas no es un obstáculo para la separación de los bloques de la matriz. La distancia entre las ranuras de corte depende de las dimensiones del borde del cucharón de la excavadora (las dimensiones de los bloques deben ser 10 ... 15% menos que el ancho de la boca del cucharón de la excavadora). Para el envío de bloques, se utilizan excavadoras con cucharones con una capacidad de 0,5 m3 o más, equipadas principalmente con una retroexcavadora, ya que es muy difícil descargar bloques del cucharón con una pala recta.

El método mecánico se basa en el impacto de la fuerza (a veces en combinación con golpes o vibraciones) sobre la masa congelada del suelo. Se implementa utilizando vehículos convencionales de movimiento de tierra y movimiento de tierra, así como máquinas equipadas con cuerpos de trabajo especiales.

Las máquinas convencionales se utilizan con una pequeña profundidad de congelación de una libra: excavadoras de pala de avance y retroceso con un cucharón con una capacidad de hasta 0,65 m3 - 0,25 m, lo mismo con un cucharón con una capacidad de hasta 1,6 m3 - 0,4 m, excavadoras dragalinas - hasta 0,15 m, excavadoras y rascadores - 0,05 ... 0,1 m.

Para ampliar el alcance de la aplicación en invierno, las excavadoras de un solo cucharón comenzaron a utilizar equipos especiales: cucharones con dientes activos vibro-shock y cucharones con un dispositivo de agarre. Debido a la fuerza de corte excesiva, tales excavadoras de un solo cucharón pueden desarrollar capa por capa una serie de libras congeladas, combinando los procesos de aflojamiento y excavación en una sola.

El desarrollo del suelo capa por capa se lleva a cabo mediante una fresadora de tierra especializada que elimina las "virutas" de hasta 0.3 m de espesor y 2.6 m de ancho. El movimiento del suelo congelado desarrollado se realiza mediante el equipo de excavadora incluido en el conjunto de la máquina.

La descongelación del suelo congelado se lleva a cabo mediante métodos térmicos, caracterizados por una considerable mano de obra e intensidad energética. Por lo tanto, los métodos térmicos se usan solo en los casos en que otros métodos efectivos son inaceptables o inaceptables, a saber: cerca de los servicios públicos subterráneos y cables existentes, si es necesario, descongelando la base congelada, durante trabajos de emergencia y reparación, en condiciones de hacinamiento (especialmente en condiciones de reequipamiento técnico y reconstrucción) empresas).

Los métodos para descongelar el suelo congelado se clasifican tanto en la dirección de propagación del calor en el suelo como en el tipo de refrigerante utilizado.

En la dirección de propagación del calor en el suelo, se pueden distinguir los siguientes tres métodos para descongelar el suelo.

El método de descongelar el suelo de arriba a abajo es ineficaz, ya que la fuente de calor se encuentra en la zona de aire frío, lo que causa grandes pérdidas de calor. Al mismo tiempo, este método es bastante fácil y simple de implementar, ya que requiere un trabajo preparatorio mínimo.

El método de descongelar el suelo de abajo hacia arriba requiere un consumo mínimo de energía, ya que la descongelación se produce bajo la protección de la corteza de hielo-tierra y la pérdida de calor se elimina prácticamente. La principal desventaja de este método es la necesidad de realizar operaciones preparatorias intensivas en mano de obra, lo que limita el alcance de su aplicación.

Al descongelar el suelo en una dirección radial, el calor se propaga en una libra radialmente a partir de elementos de perfilado montados verticalmente que se agitan en una libra. Según sus indicadores económicos, este método ocupa una posición intermedia entre los dos descritos anteriormente, y para su implementación también requiere un trabajo preparatorio significativo.

Por tipo de refrigerante, se distinguen los siguientes métodos principales para descongelar suelos congelados.

El método de fuego se utiliza para extraer pequeñas trincheras en invierno. Para hacer esto, es económico usar un conjunto de enlace que consiste en una serie de conductos metálicos en forma de conos truncados cortados a lo largo del eje longitudinal, desde el cual se ensambla una galería continua. La primera de las cajas es una cámara de combustión en la que se quema combustible sólido o líquido. El tubo de escape del último conducto proporciona tracción, por lo que los productos de combustión pasan a lo largo de la galería y calientan el suelo ubicado debajo de ella. Para reducir la pérdida de calor, la galería se rocía con una capa de tierra o escoria descongelada. Una franja de tierra descongelada está cubierta de aserrín, y la descongelación continúa hacia el interior debido al calor acumulado en la tierra.

El método de calentamiento eléctrico se basa en el paso de corriente a través del material calentado, como resultado de lo cual adquiere una temperatura positiva. Los principales medios técnicos son los electrodos horizontales o verticales.

Al descongelar el suelo con electrodos horizontales, se colocan electrodos hechos de tiras o de acero redondo sobre la superficie del suelo, cuyos extremos se doblan 15 ... 20 cm para conectarse a los cables. La superficie del área calentada está cubierta con una capa de aserrín con un espesor de 15 ... 20 cm, que se humedece con solución salina con una concentración de 0.2 ... 0.5% para que la masa de la solución no sea menor que la masa de aserrín. Al principio, el aserrín humedecido es un elemento conductor, ya que el suelo congelado no es un conductor. Bajo la influencia del calor generado en la capa de aserrín, la capa superior del suelo se descongela, lo que se convierte en un conductor de corriente de electrodo a electrodo. Después de eso, bajo la influencia del calor, la siguiente capa de suelo comienza a descongelarse y luego las capas subyacentes. Posteriormente, la capa de aserrín protege el área calentada de la pérdida de calor a la atmósfera, para lo cual la capa de aserrín se cubre con techos o escudos. Este método se utiliza cuando la profundidad de congelación de una libra es de hasta 0,7 m, el consumo de energía para calentar 1 m3 de suelo varía de 150 a 300 MJ, la temperatura en el aserrín no supera los 8O ... 9O ° C.

La descongelación del suelo con electrodos verticales se lleva a cabo utilizando varillas de acero de refuerzo con extremos inferiores puntiagudos. Con una profundidad de congelación de 0,7 m, se introducen en el suelo en un patrón de tablero de ajedrez a una profundidad de 20 ... 25 cm, y a medida que las capas superiores del suelo se descongelan, se sumergen a una mayor profundidad. Al descongelar de arriba hacia abajo, es necesario eliminar sistemáticamente la nieve y organizar un relleno de aserrín humedecido con solución salina. El modo de calentamiento con electrodos de barra es el mismo que con los electrodos de banda, y durante un corte de energía, los electrodos deben profundizarse secuencialmente a medida que el suelo se calienta hasta 1.3 ... 1.5 m. Después de un corte de energía durante 1 ... 2 días, la profundidad La descongelación continúa aumentando debido al calor acumulado en el suelo bajo la protección de la capa de aserrín. El consumo de energía con este método es ligeramente menor que con el método de electrodo horizontal.

Al aplicar el calentamiento de abajo hacia arriba, antes del inicio del calentamiento, es necesario perforar pozos escalonados a una profundidad que exceda el espesor de la libra congelada en 15 ... 20 cm. El consumo de energía durante la libra otofev de abajo hacia arriba se reduce significativamente, llegando a 50 ... 150 MJ por 1 m3, y no se requiere el uso de una capa de aserrín.

Cuando los electrodos de la barra están enterrados en la libra descongelada subyacente y, al mismo tiempo, en la superficie del día del relleno de aserrín empapado en solución salina, la descongelación ocurre tanto en la dirección de arriba hacia abajo como de abajo hacia arriba. Al mismo tiempo, la intensidad alimentaria del trabajo preparatorio es mucho mayor que en las dos primeras opciones. Este método se usa solo en casos excepcionales cuando es necesario descongelar una libra.

La descongelación por vapor se basa en la entrada de vapor en una libra, para lo cual se utilizan medios técnicos especiales: agujas de vapor, que son un tubo de metal de hasta 2 m de largo, con un diámetro de 25 ... 50 mm. Una punta con agujeros con un diámetro de 2 ... 3 mm está montada en la parte inferior de la tubería. Las agujas están conectadas a la línea de vapor con mangueras de goma flexibles con grifos. Las agujas se entierran en pozos previamente perforados a una profundidad igual al 70% de la profundidad de descongelación. Los pozos están cerrados con tapas protectoras equipadas con sellos de aceite para pasar la aguja de vapor. El vapor se suministra bajo una presión de 0.06 ... 0.07 MPa. Después de instalar las tapas acumuladas, la superficie calentada se cubre con una capa de material aislante térmico (por ejemplo, aserrín). Las agujas se escalonan con una distancia entre los centros de 1 ... 1,5 m. El consumo de vapor por 1 m3 de libra es de 50 ... 100 kg. Este método requiere un consumo de calor de aproximadamente 2 veces más que el método del electrodo profundo.