Механические способы разработки мерзлых грунтов

В случае сезонного промерзания грунта, зону производства работ предварительно вспахивают (до наступления холодов), что уменьшает плотность грунта и существенно снижает глубину промерзания за счет уменьшения его теплопроводности. Для работы с уже замерзшим грунтом используется различная специализированная техника.

Простейшим приспособлением для рыхления мерзлого грунта перед его разработкой землеройными машинами являются рабочие органы ударного действия. По конструкции такие приспособления разделяются на рабочие органы с ненаправленным ударом; РО с направленным ударом; и РО в виде забиваемого клина.

К рабочим органам ненаправленного действия относятся, т.н. клин-бабы и шар-бабы, подвешиваемые к подъемному канату драглайна.

Клин-баба, падающая с высоты 8-10 м, производит скалывание грунта. Эффективность применения клин-баб снижается вследствие того, что ее практически невозможно сбросить в одно и то же место и, кроме того, при соприкосновении с грунтом клин-баба опрокидывается, это уменьшает энергию удара.

Шар-баба при ударе о грунт соприкасается с ним на значительно большей поверхности, чем клин-баба. Вследствие этого удельное давление на грунт оказывается меньшим; однако шар-баба при соприкосновении с грунтом не опрокидывается, а наносит прямой удар, что повышает эффективность ее применения.

Конструкции, в которых падающий рабочий орган перемещается по направляющей штанге или раме, обеспечивают более точное падение в заданное место, что позволяет повысить производительность работ. Такие рабочие органы устанавливаются на гусеничные тракторы, причем нижняя опора рамы подрессоривается для уменьшения влияния на машину динамических нагрузок, возникающих при работе.

К оборудованию с забивным рабочим органом относят дизельные молоты с клином, гидромолоты и экскаваторные ковши активного действия.

Способ непосредственного разрушения мерзлых грунтов ударной нагрузкой свободно падающих и забиваемых клин-молотов, хотя и является наиболее простым, все же не получил широкого распространения вследствие низкой производительности (10— 15 м3/ч) и высокой энергоемкости, а также и потому, что большие динамические нагрузки вредно воздействуют как на базовую машину, так и на коммуникации и сооружения, расположенные поблизости от места работы машины.

Для выполнения больших объемов работ на линейных объектах строительства применяют, как правило, высокопроизводительные баровые, дисковые и землеройно-фрезерные машины.

Баровые машины предназначены для нарезания в мерзлых грунтах вертикальных продольных щелей на глубину до 2 м с помощью одной, двух или трех режущих наклонных цепей — баров.

1 – базовая машина; 2 – приводная звездочка; 3 – гидроцилиндр подъема Р.О. 4 – сменные резцы; 5 – цепь.

Дисковые щелерезные машины применяют для нарезания щелей в грунте а также для рытья узких траншей прямоугольного профиля под кабели электропередач и связи, трубопроводов малых диаметров, для вскрытия асфаль­товых дорожных покрытий. Дисковым рабочим оборудованием ос­нащаются траншейные экскаваторы и гусеничные тракторы.

1 – базовая машина; 2 – гидроцилиндры подъема РО; 3 –рама; 4 – телескопические тяги; 7 – рама рабочего органа, 12 – диск; 11 – зубья; 9 – зачистное устройство; 5 – гидромотор.

Основные достоинства дискофрезерных машин по сравнению с баровыми и цепными - пониженная энергоемкость процесса резания за счет малого количества трущихся поверхностей ротора, более высокие производительность и долговечность (в 2...3 раза) жесткого рабочего органа; основные недостатки - высокая металлоемкость и ограниченная глубина копания, составляющая примерно 0,5 диаметра ротора.

Технология производства работ с помощью дискофрезерных и баровых машин заключается в нарезании продольных или продольных и поперечных щелей в массиве мерзлого грунта с последующей разработкой таки оконтуренных блоков с помощью одноковшовых экскаваторов [рисунок]. Также мерзлый грунт может разрезаться на крупные блоки массой 5-10т, которые удаляют из забоя кранами или лебедками. В некоторых случаях разрезанный барами мерзлый грунт предварительно разрушают машинами ударного действия, а его дальнейшую выемку производят экскаваторами.

Землеройно-фрезерные машины для послойной разработки (фрезерования) мерзлых грунтов и твердых пород при выполнении планировочных работ, отрывке корыт под внутри-квартальные дороги, трамвайные и подкрановые пути, а также разрушения асфальтобетонных покрытий с последующей экскавацией разрушенных материалов бульдозерным отвалом.

1 – бульдозерный отвал; 2 – противовес; 3 – базовый трактор; 4 – ходоуменьшитель (механизм, входящий в состав трансмиссии, предназначен для получения особо низких рабочих скоростей); 5 – редуктор отбора мощности; 6 – предохранительная муфта; 7 – цепные передачи; 8 – бортовые редукторы; 9 – поперечная балка; 10 – фреза; 11 – нижняя рама; 12 – гидроцилиндры подъема РО.

Рабочий орган ЗФМ — фреза диаметром 900… 1020 мм, представляющая собой горизонтальный полый вал с приваренными перпендикулярно его оси кронштейнами, которые оснащены сменными режущими наконечниками (клыками) с износостойкой твердосплавной наплавкой.