Строительство в северных и северо-восточных районах нашей страны связано с существенным увеличением объемов разработки сезоннопромерзающих и вечномерзлых грунтов. Мерзлые грунты по сравнению с немерзлыми (талыми) характеризуются значительно большими сопротивляемостью разрушению (в 15...20 раз) и абразивностью (в 100...150 раз), трудоемкостью и стоимостью разработ­ки. Производительность землеройных и землеройно-транспортных машин при разработке мерзлых грунтов резко снижается.

В современном городском строительстве разработку мерзлых грунтов ведут в основном двумя способами — взрывным и механическим. Взрывной способ рыхления мерзлых грунтов применяется обычно при больших объемах работ на открытых, уда­ленных от сооружений площадках при глубине промерзания более 1 м. В последнее время взрывной способ находит применение в стес­ненных городских условиях с использованием локализаторов взры­ва, не допускающих разлета кусков грунта и повреждения соору­жений.

Преимущественное распространение (более 80 % общего объема работ) получил высокоэффективный и универсальный механиче­ский способ разработки мерзлых грунтов с использованием специ­альных машин, условно подразделяемых на две группы: машины для подготовки (предварительного рыхления, нарезания на блоки) мерзлых грунтов и последующей окончательной разработки взаи­модействующими с ними в комплексе землеройными машинами об­щего назначения; машины, самостоятельно выполняющие весь ком­плекс разработки до заданной отметки и эвакуации мерзлого грунта из забоя. К первой группе относятся навесные рыхлители  на тракторах класса 10...50, машины ударного действия для рыхления грунта ударными импульсами, машины безударного дей­ствия для отрыва грунта от массива, баровые и дискофрезерные ма­шины для нарезания щелей в мерзлых грунтах; ко второй — землеройно-фрезерные машины и траншейные цепные и роторные экскаваторы, рабочие органы и скоростные режимы которых при­способлены для разработки мерзлых грунтов с промерзанием на всю глубину траншеи.

Машины ударного действия воздействуют на разрушаемую среду (мерзлый грунт, твердое дорожное покрытие, фундамент и т. п.) ударными импульсами свободно падающих или забиваемых рабо­чих органов. Самым распространенным видом свободно падающих рабочих органов являются клин-молоты конусообразной, пирами­дальной и клиновидной форм массой 0,5...4 т.

Рабочие органы машин ударного действия

Клин-молот 3 (рис. 4.40, а) подвешивается к подъемному канату 2 грузовой фрикционной лебедки стрелового самоходного крана или одноковшового механического экскаватора с крановой стрелой J и при работе подтягивается лебедкой к оголовку стрелы и сбрасы­вается с высоты 6—8 м. Свободно падающий клин-молот наносит ненаправленные удары, что приводит к высоким затратам энергии на разрушение грунта, снижает качество работ и способствует опас­ному интенсивному разлету кусков грунта в стороны. Клин-молот может быть помещен в жесткие направляющие 5 (рис. 4.40, б) и при сбрасывании попадает в точно заданное место, что позволяет разру­шать грунт наименее энергоемким методом крупного скола и умень­шить опасность разлета осколков. Клин-молот с направляющим устройством обычно монтируется на гусеничном или пневмоколес­ном тракторе, который дооборудуется подъемной зубчато-фрикци­онной лебедкой с приводом от коробки отбора мощности трактора. Направляющее устройство соединяется с базовой машиной упруги­ми амортизирующими элементами 4, что снижает воздействие динамичеcких нагрузок на трактор при работе.

Оборудование с заби­ваемым рабочим органом разрабатывает мерзлые грунты большой прочно­сти с глубиной промерза­ния 1 ...1,5 м наиболее эф­фективным методом круп­ного скола. Забивание ра­бочего органа в грунт мо­жет осуществляться: сво­бодно падающим грузом 6 (рис. 4.40, в), подвешенным на канате подъемной ле­бедки базовой машины и движущимся относительно направляющей 5; дизель­молотами, вибромолотами; гидравлическими, пневматическими и гидропневматическими молотами, используемыми в качестве смен­ного рабочего оборудования одноковшовых строительных экскава­торов. Гидро- и пневмомолоты в настоящее время являются самым распространенным и эффективным оборудованием для разрушения мерзлых грунтов ударной нагрузкой.

При работе машин ударного действия возникают динамические нагрузки, вредно воздействующие как на базовую машину, так и на расположенные поблизости сооружения и коммуникации.

В стесненных условиях сложившейся застройки при работе вбли­зи зданий и подземных коммуникаций широко применяют гидрав­лические экскаваторы с рыхлительным и захватноклещевым рабо­чим оборудованием, которое разрушает мерзлый грунт безударным методом отрыва его от массива.

Для разрушения больших объемов мерзлого грунта (например, при прокладке линейных коммуникаций открытым способом) ис­пользуют высокопроизводительные землерезные и землеройно-фрезерные машины.

Оборудование захватно-клещевого типа навешивается на гусе­ничные гидравлические экскаваторы 4-й и 5-й размерных групп и предназначено для рыхления мерзлых грунтов, взламывания ас­фальтобетонных дорожных покрытий, разборки старых зданий, снятия и укладки дорожных плит, труб, установки колодцев, по­грузки негабаритов и т. п. Это оборудование, выпускаемое в двух исполнениях (с одно- и трехзубым рыхлителем-захватом), устанав­ливают вместо ковша и рукояти обратной лопаты. В комплект одoнозубого рыхлителя (рис. 4.41, а) входят: двусторонний клык-рых­литель 6 со сменными передним 7 и задним 8 зубьями, шарнирно прикрепленный к двуплечему рычагу 5, ковш обратной лопаты 4 и пара гидроцилиндров 2 поворота рычага с рыхлителем относитель­но рукояти 1, взаимозаменяемых с гидроцилиндрами 3 ковша об­ратной, лопаты.


Разработка грунта осуществляется при перемещении рукояти с клыком-рыхлителем к экскаватору или поворотом клыка в обе сто­роны относительно рукояти гидроцилиндрами 2, работающими от гидросистемы машины. Шарнирное соединение клыка-рыхлителя с рычагом позволяет разрыхлять грунты с наиболее рациональными углами резания. При разрушении грунта передним зубом 7 клык-рыхлитель движется к опирающемуся на грунт зубьями ковшу 4, прорезая в грунте щель. Возникающие при этом усилия на зубьях рыхлителя и ковша направлены навстречу друг другу, чем значи­тельно снижается передача нагрузки на базовую машину. Задний зуб клыка-рыхлителя, движущийся снизу вверх к экскаватору, ис­пользуется как при рыхлении мерзлого грунта, так и при взламыва­нии дорожных покрытий и погрузочно-разгрузочных работах.

Оборудование захватно-клещевого типа с однозубым (а) и трехзубым (б) рыхлителями

Рис. 4.41. Оборудование захватно-клещевого типа с однозубым (а) и трехзубым (б) рыхлителями

Трехзубый рыхлитель (рис. 4.41, б) состоит из сварной рамы 9 и трех сменных зубьев — центрального 11 и двух боковых 10. Боко­вые зубья можно устанавливать в трех положениях для получения различных по значению усилий рыхления в зависимости от прочно­сти разрушаемого грунта. Зубья одно- и трехзубых рыхлителей на­плавляют твердым сплавом.