Филимонова Е.Е.
СПОСОБЫ РАЗРАБОТКИ МЕРЗЛОГО ГРУНТА В УСЛОВИЯХ СРЕДНЕЙ ПОЛОСЫ РОССИИ *
Аннотация:
в статье рассматриваются технологии разработки мерзлых грунтов в условиях средней полосы России, характеризующейся значительным промерзанием почв зимой. Объектом выступают две распространенные методики: механическое рыхление и термическое воздействие. Определены преимущества и недостатки механического рыхления и термического воздействия. Выявлены факторы, влияющие на выбор оптимальной методики разработки мерзлого грунта.
Ключевые слова:
мерзлый грунт, средняя полоса, разработка грунта, механическое рыхление, термическое воздействие, гидромолот, рыхлители, газовая горелка, парогенератор
Средняя полоса России охватывает значительную территорию с континентальным климатом. Уровень грунтовых вод относительно высок и выполнение работ нулевого цикла следует проводить в сухое время года, т.е. летом или зимой, но бывает, что по тем или иным причинам выполнение работ летом невозможно. Глубина промерзания грунта в средней полосе России достигает 80-150см.Мерзлый грунт представляет собой сложную инженерно-геологическую среду, затрудняющую проведение земляных работ и строительство объектов различного назначения. Эффективность разработки мерзлых грунтов существенно влияет на сроки реализации проектов и общую стоимость строительства. Выполнение земляных работ в зимний период позволяет продлить строительный сезон и вместе с тем повысить темпы строительства и обеспечить равномерное использование рабочих средств механизации. При этом производство работ в этих условиях не должно приводить к снижению качества, устойчивости и долговечности.Гипотеза данной работы состоит в том, что сочетание механических и тепловых методов позволит повысить качество и снизить затраты на разработку мерзлых грунтов в условиях средней полосы России, учитывая особенности климата региона и доступные технические ресурсы.Для проверки данной гипотезы рассмотрены следующие методы: механическое рыхление, блочный метод и тепловой. Эти методы нашли широкое применение в строительной отрасли, и их сравнительное изучение помогает определить оптимальные условия их применения.Механическое рыхление мерзлого грунта.Механический метод основан на применении специальной техники и оборудования, предназначенного для разрушения плотного замороженного массива. Применяются обычные землеройные и землеройно-транспортные машины, а также машины оборудованные специальными рабочими механизмами.Гидромолот.Гидравлический молот используется совместно с экскаватором и позволяет эффективно разрушать мерзлую породу. Принцип действия заключается в многократном ударном воздействии на поверхность замерзшего грунта, благодаря чему образуются трещины и фрагменты заданной величины. Этот метод широко применяется в строительстве фундаментов зданий, прокладке коммуникаций и подготовке котлованов.Преимущества гидравлического молота включают высокую производительность, возможность регулирования силы удара и простоту эксплуатации. Однако имеются ограничения по глубине проникновения инструмента и необходимость значительных энергозатрат.Рыхлители.Рыхлительные агрегаты представляют собой навесное оборудование, устанавливаемое на гусеничные тракторы или бульдозеры. Они оснащены зубьями различной формы и размеров, позволяющими проникнуть глубоко в массив грунта и раздробить его на мелкие фракции. Данный метод подходит для предварительного рыхления перед основным этапом разработки, обеспечивая снижение плотности породы и облегчение последующих операций.К преимуществам рыхлителей относятся высокая маневренность, универсальность и способность работать в сложных климатических условиях. Недостатком является ограниченная скорость передвижения и зависимость эффективности от типа почвенных условий.Блочный метод основан на том, что монолитность мерзлого грунта нарушается с помощью разрезки его на блоки, которые затем удаляют экскаватором или краном. Разрезку на блоки выполняют по взаимно перпендикулярным направлениям. При малой глубине промерзания (до 0,6м) достаточно сделать только продольные прорезы. Такие прорезы должны составлять не менее 80% от глубины промерзания.Термическое воздействие на мерзлые грунты.Термический метод основан на нагревании поверхностного слоя мерзлого грунта путем подачи горячего воздуха, пара или открытого пламени. Наиболее распространенными способами являются использование горелок, паровых машин и инфракрасных излучателей.Горелки.Газовые или дизельные горелки позволяют быстро разогреть верхний слой грунта, снижая его прочность и облегчая последующее удаление механическим способом. Применяются преимущественно в стесненных пространствах и местах с ограниченной доступностью тяжелой техники. Метод эффективен для небольших объемов работ и подготовки основания под фундамент.Однако у данного метода существуют недостатки, такие как высокий расход топлива, пожарная опасность и невозможность глубокого прогрева слоев ниже поверхности нагрева.Паровые установки.Парогенераторы обеспечивают подачу перегретого пара непосредственно в зону промерзания, через паровые иглы, что способствует быстрому размораживанию и разрушению структуры грунта. Использование пара обеспечивает равномерный прогрев большого объема материала, минимизируя риск повреждения соседних конструкций и окружающей среды.Среди недостатков данного подхода выделяют повышенные требования к технике безопасности, сложность организации системы подачи пара и высокие эксплуатационные расходы.Электро-прогрев. Основан на пропуске тока через разогреваемый материал, в результате чего он приобретает положительную температуру. Основными техническими средствами являются горизонтальные или вертикальные электроды.Рассмотренные методы имеют право на применение в зависимости от конкретных условий проекта и доступности ресурсов. Выбор оптимального решения зависит от множества факторов, включая объем разрабатываемого участка, требуемую глубину раскопа, характеристики грунта и наличие специализированной техники. Но целесообразность выполнения земляных работ в зимнее время в большинстве случаев оценивается с экономической точки зрения, за исключением случаев, когда строительство ведется в северных районах.
Номер журнала Вестник науки №6 (87) том 3
Ссылка для цитирования:
Филимонова Е.Е. СПОСОБЫ РАЗРАБОТКИ МЕРЗЛОГО ГРУНТА В УСЛОВИЯХ СРЕДНЕЙ ПОЛОСЫ РОССИИ // Вестник науки №6 (87) том 3. С. 2116 - 2120. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/24469 (дата обращения: 22.01.2026 г.)
Вестник науки © 2025. 16+