Существующие методы разработки грунта в зимний период можно разделить на следующие группы:

1.непосредственная разработка (без рыхления или прогрева);

2.предохранение грунта от промерзания;

3.рыхление или распиливание мерзлого грунта;

4.прогрев мерзлого грунта.

*Непосредственная разработка мерзлого грунта основана на использовании таких же землеройных машин, какие применяются в теплое время года (экскаваторы, бульдозеры и т.д.) без дополнитель­ных мероприятий по рыхлению, распиливанию или прогреву грунта. Такая разработка возможна только при небольшой толщине мерзлого слоя (0,1...0,2 м).

*Предохранение грунта от промерзания осуществляется путем покрытия его поверхности различными утеплителями - опилками. стружками, сухими листьями, соломой, минеральной ватой, керамзи­том и т.д. Толщина утепляющего слоя зависит от вида утеплителя, температуры воздуха, требуемой продолжительности утепления и обычно составляет 20...40 см. Находясь под открытым небом, такой слой постепенно покрывается снегом, что существенно улучшает теплозащиту грунта. При отрицательных температурах снег является очень хорошим теплоизолятором. Рыхлый снег по своим теплотехническим качествам превосходит большинство традиционных теплоизолирующих материалов, таких как шлак, керамзит, опилки, а слежавшийся снег примерно им соответствует. Слой опилок 30...40см, покрытый снегом, способен, например, в условиях Башкирского Предуралья (глубина промерзания грунта 1,8м) обеспечивать возможность непосредственной разработки грунта одноковшовыми экскаваторами примерно до февраля.

Существенно уменьшает глубину промерзания осенняя вспашка грунта на 0,3...0,4м и его боронование, что в условиях сельской ме­стности реализуется довольно просто. По теплотехническим качест­вам рыхлый глинистый грунт, почва примерно соответствуют увлажненному шлаку или керамзиту.

Эффективным способом предотвращения промораживания грун­та может быть *нанесение на его поверхность полимерной пены. В качестве пенообразующих веществ используются мочевиноформальдегидная смола, поверхностно-активное вещество, отвердитель (раствор ортофосфорной кислоты) и специальный пенообразователь (Е-30). После твердения образуется покрытие, по своей прочности близкое к рыхлому грунту (до 60 кПа). При толщине слоя 0,35 м глубина промерзания грунта уменьшается в 5...6 раз, при этом существенно повышается температура мерзлого грунта и снижается его прочность. Это позволяет легко разрабатывать грунт под затвердевшей пеной, даже если он находится в замерзшем состоянии.

Традиционным способом защиты грунта от промерзания является также *засоление, т.е. пропитка верхнего слоя грунта минеральными солями соляной или азотной кислот. Это достигается путем поливки поверхности грунта растворами этих солей или смешиванием с таки­ми солями предварительно разрыхленного верхнего слоя грунта. Для пропитки грунта на глубину 1 м необходимо 4...9кг соли на 1 м2 по­верхности, на глубину 1,8 м - до 40кг. Пропитку рекомендуется де­лать за 2.. .3 месяца до наступления холодов.

*Рыхление мерзлого грунта производится механическим, реже взрывным способами. Механическое рыхление осуществляется шар-бабами, клин-бабами, клин-молотами, тракторными рыхлителями (рисунок 33).

Рыхление шар-бабой или клин-бабой основано на сбрасывании с высоты нескольких метров металлического груза шаровой или кли­нообразной формы.

При рыхлении клин-молотом энергия удара клина создается за счет дизель-молота (такого же как при забивке свай) или гидромолота. Достигается рыхление мерзлого слоя толщиной до 1,3л. Этот способ рыхления является наиболее эффективным.

*Рыхление взрывами наиболее эффективно при глубине промерзания более 1 м и больших объемах разработки грунта. Такой метод применяется в основном как подготовка к разработке одноковшовыми экскаваторами. При большой глубине промерзания (1,5...2м) заряды ВВ закладываются в скважины, реже в щели, при малой глубине - в шпуры или щели. Технология взрывных работ рассмотрена в разделе 2.4.

Кроме рыхления, разработка мерзлого грунта может произво­диться путем его *расчленения на блоки правильной формы, которые затем могут удаляться экскаватором с клещевым захватом, краном, или растаскиваться тракторами или бульдозерами (рисунок 34). Такой метод называется *блочным. Расчленение осуществляется обычно щелерезами с дисковым или баровым оборудованием. Нарезанные блоки грузятся экскаватором или краном на транспорт или перемещаются за пределы площадки тракторами или бульдозерами.

Работы могут организовываться поточным методом в два потока: первый нарезка щелей, второй - удаление образовавшихся блоков.

После снятия слоя мерзлого грунта дальнейшая разработка выем­ки ведется так же, как и в теплое время, необходимо лишь принятие мер, препятствующих замерзанию вскрытых слоев талого грунта.

*Прогрев мерзлого грунта, т.е. превращение его в талый, под­дающийся разработке «обычными» землеройными машинами, может осуществляться различными способами:

1огневым способом,

2паром (горячей водой),

3электрическим или электрохимическим способами.

При этом разделяют поверхностный и глубинный прогрев. По­верхностный прогрев осуществляется с поверхности грунта, глубин­ный же предполагает подачу тепла снизу вверх, т.е. через пробурен­ные для этого скважины или с помощью какого-либо другого способа внедрения нагревательных устройств в толщу грунта. Глубинный прогрев обычно более экономичен, но он технологически сложнее

поверхностного.

Прогрев грунта - относительно дорогой процесс, применяемый при малых объемах земляных работ. Он очень удобен при откопке котлованов и траншей под фундаменты, где он находит очень широ­кое применение.

*Огневой способ предполагает использование огня для оттаивания грунта. В простейшем случае это может быть разведение костров.

Прогрев паром производится с помощью специальных паровых игл, погружаемых в грунт. Такие иглы вставляются в предварительно пробуренные скважины глубиной 0,75 толщины мерзлого слоя.

Электропрогрев основан на пропуске тока через прогреваемый грунт, в результате чего последний приобретает положительную тем­пературу. Оттаивание грунта производится горизонтальными или вертикальными электродами, изготовляемыми из полосовой или круглой стали (рисунок 37).

*Горизонтальные электроды укладываются на мерзлый грунт, ото­гнутые их концы подключаются к проводам (рисунок 37а). Поверх­ность грунта с электродами покрывается слоем опилок толщиной 0,16...0,20м, которые смачиваются соляным раствором, так чтобы мас­са раствора была не менее массы опилок.

При оттаивании *вертикальными электродами производится за­бивка в мерзлый грунт электродов в виде заостренных стержней из арматурной стали, к которым затем подключаются провода электро­сети (рисунок 37 б, в). На практике для этого используется чаще всего напряжение 220 (380) в, но опыт многих организаций (особенно в Башкортостане) показывает, что более удобно по соображениям обеспечения безопасности для прогрева использовать сварочные трансформаторы на 60в.

В условиях реконструкции зданий и инженерных сооружений иногда применяются тепляки - большие утепленные короба без дна, в которых располагаются нагреватели: чаще всего это электрические спирали с отражателями. Работы ведутся внутри тепляка при поло­жительных температурах. Такой метод приемлем при малых объемах земляных работ, выполняемых в основном вручную.

*Возведение профильных насыпей в зимнее время по возможно­сти желательно избегать. Если это все же необходимо, то принима­ются специальные меры по предотвращению промерзания грунта. Доля мерзлых комьев при отсыпке напорных сооружений (дамб, зем­ляных плотин т.д.) не должна превышать 10% от общего объема на­сыпи, а размер таких комьев должен составлять не более 0,3...0,5

толщины отсыпаемого слоя. Уплотнение каждого слоя следует вы­полнять сразу же после его укладки и выравнивания, не допуская промораживания. Доувлажнение при отрицательных температурах, как правило, не производится.