Файл: Лекция Введение. Общие сведения по производству работ в зимних условиях.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 193
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
сл≤ 20...40 см (пенопластом, шлаковатными матами, слоем опилок, шлака и т.д.).Применяется такой способ лишь на небольших ровных площадках, поскольку он дорогой и многодельный. эффект же от него, как и от вспахивания, ограничивается первыми месяцами зимнего периода.
В последние годы разработан более совершенный способ предотвращения промораживания грунта; он связан с нанесением на поверхность полимерной пены. Пена быстро твердеет, набирая высокую прочность(до 60 МПа). На такое покрытие не влияют отрицательные температуры окружающего воздуха, и оно может устраиваться заблаговременно. При толщине покрытия 35см глубина промерзания грунта снижается в 5-6 раз, при этом температура мерзлого грунта в 8-9 раз выше, чем в обычных условиях. Грунт под покрытием, даже будучи в замерзшем состоянии, обладает низкими прочностными характеристиками и легко разрабатывается экскаваторами.
Засоление грунтов – один из традиционных способов снижения или даже предотвращения их смерзания. Суть этого способа заключается в смешивании предварительно разрыхленного верхнего слоя грунта с минеральными солями соляной (азотной) кислоты или же в поливке раствором этих солей поверхности грунта с целью последующей пропитки его за счет концентратного градиента солевого состава. В обоих случаях поверхностный слой грунта оказывается пропитанным солями, существенно снижающими критическую точку льдообразования, благодаря чему температура его замерзания снижается. На пропитку слоя грунта толщиной 1м на площади 1м2 расходуется 4-9 кг, а при глубине 90 1,8м и влажностью грунта 30% - до 40кг соли. Пропитка поверхности осуществляется за 2-3 месяца до установления отрицательной температуры.
2.Оттаивание мерзлых грунтов осуществляют тепловыми способами, характеризующимися значительной трудоемкостью и энергоемкостью. Поэтому тепловые способы применяются только в тех случаях, когда другие эффективные методе недопустимы или неприемлемы, а именно: вблизи действующих подземных коммуникаций и кабелей; при необходимости оттаивания промерзшего основания; при аварийных и ремонтных работах; в стесненных условиях (в условиях технического перевооружения и реконструкции предприятия). Способы оттаивания мерзлого грунта классифицируются как по направлению распространения теплоты в грунте, так и по применяемому виду теплоносителя.
По направлению распространения теплоты в грунт можно выделить 3 способа оттаивания грунта.
1.Способ оттаивания грунта сверху вниз неэффективен, так как источник теплоты размещается в зоне холодного воздуха, что вызывает большие потери теплоты. В то же время этот способ достаточно легко и просто осуществить, так как он требует минимум подготовительных работ.
2.Способ оттаивания грунта снизу вверх требует минимального расхода энергии, так как оттаивание происходит под защитой льдоземляной корки и теплопотери при этом практически исключаются. Главный недостаток этого способа- необходимость выполнения трудоемких подготовительных операций, что ограничивает область его применения.
3.При оттаивании грунта по радиальному направлению теплота распространяется в грунте радиально от вертикально установленных прогревающих элементов, погруженных в грунт. Этот способ по своим экономическим показателям занимает промежуточное положение между двумя ранее описанными, а для своего осуществления требует также значительных подготовительных работ.
По виду теплоносителя различают следующие основные способы оттаивания грунтов.
1.Огневой способ применяется для отрывки зимой небольших траншей. Для этого используется звеньевой агрегат, состоящий из ряда металлических коробов в форме разрезанных по продольной оси усеченных конусов, из которых собирают сплошную галерею.(рис4)
Рис.4 Оттаивание грунта нагревными коробами.
Первый из коробов представляет собой камеру сгорания, в которой сжигают твердое или жидкое топливо. Вытяжная труба последнего короба обеспечивает тягу, благодаря которой продукты сгорания проходят вдоль галереи и прогревают расположенный под ней грунт. Для уменьшения теплопотерь галерею обсыпают слоем теплого грунта или шлака. Полосу оттаявшего грунта засыпают опилками, а дальнейшее оттаивания вглубь продолжается за счет аккумулированной в грунте теплоты.
2.Способ электропрогрева основан на пропуске электрического тока через разогреваемый материал, в результате чего он приобретает положительную температуру. Основными техническими средствами является горизонтальные или вертикальные электроды.
При оттаивании грунта
горизонтальными электродами по поверхности грунта укладывают электроды из полосовой или круглой стали, концы которых отгибают на 15-20см, которые смачивают солевым раствором с концентрацией 0,2-0,5% с таким расчетом, чтобы масса раствора была не менее массы опилок.
Вначале смоченные опилки являются токопроводящим элементом, так как замерзший грунт не является проводником. Под воздействием теплоты, генерируемой в слое опилок, оттаивает верхний слой грунта, который превращается в проводник тока от электрода к электроду. После этого под воздействием теплоты начинает оттаивать следующий слой грунта, а затем нижележащие слои. В дальнейшем опилочный слой защищает отогреваемый участок от потерь теплоты в атмосферу, для чего слой опилок покрывают толем или щитами. Этот способ применяют при глубине промерзания до 0,7м; расход электроэнергии на отогрев 1м3 грунта колеблется от 150 до 300 МДж, температура в опилках ≤80-90ºС. (Рис5)
Рис.5 Схема установки горизонтальных электродов.
Оттаивание грунта вертикальными электродами осуществляют с применением стержней из арматурной стали с заостренными нижними концами. При глубине промерзания 0,7м их забивают в грунт в шахматном порядке на глубину 20-25см, а по мере оттаивания верхних слоев грунта погружают на большую глубину. При оттаивании сверху вниз необходимо систематически убирать снег и устраивать опилочную засыпку, увлажненную солевыми растворами. Режим прогрева при стержневых электродах такой же , как и при полосовых, причем во время отключения электроэнергии электроды следует дополнительно заглублять до 1,3-1,5м. После отключения электроэнергии в течении 1-2дней глубина оттаивания продолжает увеличиваться за счет аккумулированной в грунте теплоты под защитой опилочного слоя. Расход энергии при этом способе несколько ниже, чем при способе горизонтальных электродов.
Применяя прогрев снизу вверх, до начала прогрева необходимо бурить скважины, расположенные в шахматном порядке, на глубину, превышающую на 15-20см толщу мерзлого грунта. Расход энергии при отогреве грунта снизу вверх существенно снижается составляя 50-150МДж на 1м3, а применять слой опилок не требуется.
При заглублении стержневых электродов в подстилающий талый грунт и одновременном устройстве на дневной поверхности опилочной засыпки, пропитанной солевым раствором, оттаивание происходит как в направлении снизу вверх, так и сверху вниз. При этом трудоемкость
подготовительных работ значительно выше, чем в первых двух вариантах. Применяют этот способ лишь в исключительных случаях, когда необходимо экстренно осуществить оттаивание грунта. (Рис.6, рис.7)
Рис.6Прогрев вертикальными Рис.7 Оттаивание сверху вниз и
электродами сверху вниз. снизу вверх.
3.Паровое оттаивание основано на впуске пара в грунт, для чего применяют специальные технологические средства- паровые иглы, представляют собой металлическую трубу длиной до 2м, диаметром 25-50мм. На нижнюю часть трубы насажен наконечник с отверстиями диаметром 2-3мм. Иглы соединяют с паропроводом гибкими резиновыми шлангами с кранами. Иглы заглубляют в скважины, предварительно пробуриваемые на глубину равную 0,7 глубины оттаивания. Скважины закрывают защитными колпаками, снабженными сальниками для пропуска паровой иглы. Пар подают под давлением 0,06-0,07МПа. После установки аккумулированных колпаков прогреваемую поверхность покрывают слоем теплоизоляционного материала(опилки). Иглы располагают в шахматном порядке с расстоянием между центрами 1-1,5м. Расход пара на 1м3 грунта составляет 50-100кг. Этот метод требует расхода теплоты в 2 раза больше, чем метод глубинных электродов.(Рис.8)
Рис.8.Оттаивание грунта паровыми регистрами.
Оттаивание электронагревателями основано на передаче теплоты мерзлому грунту контактным способом. В качестве основных технических средств применяют электроиглы, представляющие собой стальные трубы длиной около 1м, диаметром до 50-60мм. Внутри иглы установлен нагревательный элемент, изолированный от корпуса трубы. Нагревательный элемент имеет контактные выводы для подключения к электрической цепи. Нагреваясь, он передает тепловую энергию стальному корпусу, а тот мерзлому грунту. При оттаивании грунтов электронагревателями теплота распространяется в радиальном направлении. (Рис.9)
Рис.9.Оттаивание грунта электронагревателями
Лекция 3.
Устройство свайных фундаментов в вечномерзлых грунтах.
Строительство и проектирование на вечномерзлых грунтах ведут при соблюдении двух основных принципов производства работ: грунты сохраняют в мерзлом состоянии, как во время строительства, так и в период эксплуатации построенного здания или сооружения, для чего применяют специальные мероприятия; грунты в процессе строительства и в период эксплуатации здания или сооружения используют в оттаявшем или в оттаивающем состоянии.
Для того чтобы сохранить грунт основания в мерзлом состоянии (I принцип),применяют различные конструктивные решения: 1)закладывают фундамент ниже расчетной зоны оттаивания; 2)ограничивают зону оттаивания, используя слаботеплопроводные материалы, располагая их под подошвой фундамента; 3)устраивают в здании холодное подполье, внутри которого воздух циркулируя, отводит тепло от нижнего перекрытия. По II принципу применяют, например,
В последние годы разработан более совершенный способ предотвращения промораживания грунта; он связан с нанесением на поверхность полимерной пены. Пена быстро твердеет, набирая высокую прочность(до 60 МПа). На такое покрытие не влияют отрицательные температуры окружающего воздуха, и оно может устраиваться заблаговременно. При толщине покрытия 35см глубина промерзания грунта снижается в 5-6 раз, при этом температура мерзлого грунта в 8-9 раз выше, чем в обычных условиях. Грунт под покрытием, даже будучи в замерзшем состоянии, обладает низкими прочностными характеристиками и легко разрабатывается экскаваторами.
Засоление грунтов – один из традиционных способов снижения или даже предотвращения их смерзания. Суть этого способа заключается в смешивании предварительно разрыхленного верхнего слоя грунта с минеральными солями соляной (азотной) кислоты или же в поливке раствором этих солей поверхности грунта с целью последующей пропитки его за счет концентратного градиента солевого состава. В обоих случаях поверхностный слой грунта оказывается пропитанным солями, существенно снижающими критическую точку льдообразования, благодаря чему температура его замерзания снижается. На пропитку слоя грунта толщиной 1м на площади 1м2 расходуется 4-9 кг, а при глубине 90 1,8м и влажностью грунта 30% - до 40кг соли. Пропитка поверхности осуществляется за 2-3 месяца до установления отрицательной температуры.
2.Оттаивание мерзлых грунтов осуществляют тепловыми способами, характеризующимися значительной трудоемкостью и энергоемкостью. Поэтому тепловые способы применяются только в тех случаях, когда другие эффективные методе недопустимы или неприемлемы, а именно: вблизи действующих подземных коммуникаций и кабелей; при необходимости оттаивания промерзшего основания; при аварийных и ремонтных работах; в стесненных условиях (в условиях технического перевооружения и реконструкции предприятия). Способы оттаивания мерзлого грунта классифицируются как по направлению распространения теплоты в грунте, так и по применяемому виду теплоносителя.
По направлению распространения теплоты в грунт можно выделить 3 способа оттаивания грунта.
1.Способ оттаивания грунта сверху вниз неэффективен, так как источник теплоты размещается в зоне холодного воздуха, что вызывает большие потери теплоты. В то же время этот способ достаточно легко и просто осуществить, так как он требует минимум подготовительных работ.
2.Способ оттаивания грунта снизу вверх требует минимального расхода энергии, так как оттаивание происходит под защитой льдоземляной корки и теплопотери при этом практически исключаются. Главный недостаток этого способа- необходимость выполнения трудоемких подготовительных операций, что ограничивает область его применения.
3.При оттаивании грунта по радиальному направлению теплота распространяется в грунте радиально от вертикально установленных прогревающих элементов, погруженных в грунт. Этот способ по своим экономическим показателям занимает промежуточное положение между двумя ранее описанными, а для своего осуществления требует также значительных подготовительных работ.
По виду теплоносителя различают следующие основные способы оттаивания грунтов.
1.Огневой способ применяется для отрывки зимой небольших траншей. Для этого используется звеньевой агрегат, состоящий из ряда металлических коробов в форме разрезанных по продольной оси усеченных конусов, из которых собирают сплошную галерею.(рис4)
Рис.4 Оттаивание грунта нагревными коробами.
Первый из коробов представляет собой камеру сгорания, в которой сжигают твердое или жидкое топливо. Вытяжная труба последнего короба обеспечивает тягу, благодаря которой продукты сгорания проходят вдоль галереи и прогревают расположенный под ней грунт. Для уменьшения теплопотерь галерею обсыпают слоем теплого грунта или шлака. Полосу оттаявшего грунта засыпают опилками, а дальнейшее оттаивания вглубь продолжается за счет аккумулированной в грунте теплоты.
2.Способ электропрогрева основан на пропуске электрического тока через разогреваемый материал, в результате чего он приобретает положительную температуру. Основными техническими средствами является горизонтальные или вертикальные электроды.
При оттаивании грунта
горизонтальными электродами по поверхности грунта укладывают электроды из полосовой или круглой стали, концы которых отгибают на 15-20см, которые смачивают солевым раствором с концентрацией 0,2-0,5% с таким расчетом, чтобы масса раствора была не менее массы опилок.
Вначале смоченные опилки являются токопроводящим элементом, так как замерзший грунт не является проводником. Под воздействием теплоты, генерируемой в слое опилок, оттаивает верхний слой грунта, который превращается в проводник тока от электрода к электроду. После этого под воздействием теплоты начинает оттаивать следующий слой грунта, а затем нижележащие слои. В дальнейшем опилочный слой защищает отогреваемый участок от потерь теплоты в атмосферу, для чего слой опилок покрывают толем или щитами. Этот способ применяют при глубине промерзания до 0,7м; расход электроэнергии на отогрев 1м3 грунта колеблется от 150 до 300 МДж, температура в опилках ≤80-90ºС. (Рис5)
Рис.5 Схема установки горизонтальных электродов.Оттаивание грунта вертикальными электродами осуществляют с применением стержней из арматурной стали с заостренными нижними концами. При глубине промерзания 0,7м их забивают в грунт в шахматном порядке на глубину 20-25см, а по мере оттаивания верхних слоев грунта погружают на большую глубину. При оттаивании сверху вниз необходимо систематически убирать снег и устраивать опилочную засыпку, увлажненную солевыми растворами. Режим прогрева при стержневых электродах такой же , как и при полосовых, причем во время отключения электроэнергии электроды следует дополнительно заглублять до 1,3-1,5м. После отключения электроэнергии в течении 1-2дней глубина оттаивания продолжает увеличиваться за счет аккумулированной в грунте теплоты под защитой опилочного слоя. Расход энергии при этом способе несколько ниже, чем при способе горизонтальных электродов.
Применяя прогрев снизу вверх, до начала прогрева необходимо бурить скважины, расположенные в шахматном порядке, на глубину, превышающую на 15-20см толщу мерзлого грунта. Расход энергии при отогреве грунта снизу вверх существенно снижается составляя 50-150МДж на 1м3, а применять слой опилок не требуется.
При заглублении стержневых электродов в подстилающий талый грунт и одновременном устройстве на дневной поверхности опилочной засыпки, пропитанной солевым раствором, оттаивание происходит как в направлении снизу вверх, так и сверху вниз. При этом трудоемкость
подготовительных работ значительно выше, чем в первых двух вариантах. Применяют этот способ лишь в исключительных случаях, когда необходимо экстренно осуществить оттаивание грунта. (Рис.6, рис.7)
Рис.6Прогрев вертикальными Рис.7 Оттаивание сверху вниз и
электродами сверху вниз. снизу вверх.
3.Паровое оттаивание основано на впуске пара в грунт, для чего применяют специальные технологические средства- паровые иглы, представляют собой металлическую трубу длиной до 2м, диаметром 25-50мм. На нижнюю часть трубы насажен наконечник с отверстиями диаметром 2-3мм. Иглы соединяют с паропроводом гибкими резиновыми шлангами с кранами. Иглы заглубляют в скважины, предварительно пробуриваемые на глубину равную 0,7 глубины оттаивания. Скважины закрывают защитными колпаками, снабженными сальниками для пропуска паровой иглы. Пар подают под давлением 0,06-0,07МПа. После установки аккумулированных колпаков прогреваемую поверхность покрывают слоем теплоизоляционного материала(опилки). Иглы располагают в шахматном порядке с расстоянием между центрами 1-1,5м. Расход пара на 1м3 грунта составляет 50-100кг. Этот метод требует расхода теплоты в 2 раза больше, чем метод глубинных электродов.(Рис.8)
Рис.8.Оттаивание грунта паровыми регистрами.Оттаивание электронагревателями основано на передаче теплоты мерзлому грунту контактным способом. В качестве основных технических средств применяют электроиглы, представляющие собой стальные трубы длиной около 1м, диаметром до 50-60мм. Внутри иглы установлен нагревательный элемент, изолированный от корпуса трубы. Нагревательный элемент имеет контактные выводы для подключения к электрической цепи. Нагреваясь, он передает тепловую энергию стальному корпусу, а тот мерзлому грунту. При оттаивании грунтов электронагревателями теплота распространяется в радиальном направлении. (Рис.9)
Рис.9.Оттаивание грунта электронагревателямиЛекция 3.
Устройство свайных фундаментов в вечномерзлых грунтах.
Строительство и проектирование на вечномерзлых грунтах ведут при соблюдении двух основных принципов производства работ: грунты сохраняют в мерзлом состоянии, как во время строительства, так и в период эксплуатации построенного здания или сооружения, для чего применяют специальные мероприятия; грунты в процессе строительства и в период эксплуатации здания или сооружения используют в оттаявшем или в оттаивающем состоянии.
Для того чтобы сохранить грунт основания в мерзлом состоянии (I принцип),применяют различные конструктивные решения: 1)закладывают фундамент ниже расчетной зоны оттаивания; 2)ограничивают зону оттаивания, используя слаботеплопроводные материалы, располагая их под подошвой фундамента; 3)устраивают в здании холодное подполье, внутри которого воздух циркулируя, отводит тепло от нижнего перекрытия. По II принципу применяют, например,