Механизация уплотнения грунтов

Министерство  образования и науки России

Учреждение  высшего профессионального образования  и Сибирская Государственная  Автомобильно-Дорожная Академия (СИБАДИ)

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

по дисциплине «Механизация дорожных технологий»

Вариант №19

на тему: Механизация уплотнения грунтов

 

 

 

 

Выполнил: студент группы АДБ  – 12ZD1 Некрасов В.А. шифр АДБ-12-229 проверила: Александрова Н.П.

 

Содержание

 

Введение ……………………………………………………………………		3
1	Технологический процесс уплотнения грунтов ……………………	5
2	Машины и  оборудование для уплотнения грунтов ………………..	15
3	Контроль качества уплотнения грунта …………………………….	17
Заключение …………………………………………………………..…....		20
Список использованной литературы …………………………………...		21

 

 

Введение

 

Из многих факторов, влияющих на технологию производства и стоимость земляных работ, основными являются физические и механические свойства грунтов. Грунтами в строительстве называют горные породы и почвы, представляющие собой сложное тело, состоящее из минеральных частиц и органических примесей. Грунтовый скелет состоит из песчаных, пылеватых и глинистых частиц, содержание которых, выраженное в процентах, характеризует состав и свойства грунта. Скальные грунты состоят из каменных горных пород различной крепости и пористости.

К основным физическим свойствам грунтов относятся: удельная и объемная масса, плотность (степень заполнения объема грунта твердым веществом), влажность, влагоемкость (водопоглощаемость), пористость, угол естественного откоса, водопроницаемость н угол внутреннего трения.

Основными механическими свойствами грунтов являются: прочность, твердость (сопротивление прониканию твердого тела), пластичность (способность грунта под действием внешних сил изменять свои размеры и форму без образования трещин), размываемость (способность оказывать сопротивление разрушающему действию воды) и разрыхляемость.

Наибольшее  влияние на выбор методов производства работ, устойчивость земляных сооружений оказывает прочность и разрыхляемость грунтов, а также угол их естественного  откоса. Прочность грунта характеризуется  степенью сил сцепления между его частицами. Величина сцепления частиц в нескальных грунтах меняется в зависимости от степени влажности грунта. По ЕНиР все грунты делятся на группы в зависимости от трудоемкости их разработки, способов производства и применяемых машин и механизмов. Так, по трудоемкости разработки вручную и буровзрывным способом все грунты делят на 2 группы, разрабатываемые одноковшовыми экскаваторами — на 6 групп, бульдозерами — на 3 группы и т. д.

 

Нормы уплотнения грунтов для различных сооружений характеризуются коэффициентом стандартного уплотнения грунтов. Устойчивость грунтовых откосов характеризуется углом естественного откоса грунта и зависит от сцепления его частиц между собой. Угол естественного откоса грунта в значительной степени зависит от его влажности.

Устойчивость  грунта, часто определяет безопасность работы землеройных машин в, отношении оползней.

 

1 Технологический  процесс уплотнения грунтов

 

Важнейшим технологическим  процессом при строительстве  земляного полотна является уплотнение, которое обеспечивает требуемую прочность и устойчивость грунтов. От качества работ по уплотнению зависят фактические значения модуля упругости, угла внутреннего трения и сцепления, и, следовательно, способность конструкции дорожной одежды сохранять прочность в течение заданного срока службы.

В грунтах, обладающих низкой плотностью, при воздействии  транспортных нагрузок накапливаются  остаточные деформации. Недостаточно уплотненные грунты отличаются неоднородностью, меньшей плотностью, имеют просадки, что приводит к нарушению ровности проезжей части дорог. С увеличением плотности грунта снижается его водопроницаемость. Чем плотнее грунт, тем меньше диапазон изменения влажности грунта под воздействием атмосферных явлений и соответственно меньше вероятность морозного пучения.

Обследования  и диагностика автомобильных  дорог показывают, что одной из причин преждевременных повреждений  является недостаточная плотность  грунта земляного полотна. Это относится  ко всем участкам дорог, расположенным  на земляном полотне и в насыпях и в выемках. По этим причинам уплотнению подлежат как насыпные грунты, так и основания насыпей и поверхностные слои грунтовых оснований в выемках. Уплотнение земляного полотна является обязательным, и это требование зафиксировано действующими строительными нормами и правилами и технологическими регламентами по строительству земляного полотна автомобильных дорог [1, 2, 3].

Уплотнение  грунтов окупается экономией, достигаемой  за счет уменьшения толщины дорожной одежды, уменьшения затрат на ремонт автомобильной дороги и снижения транспортных расходов.

 

Принципиальный  подход к определению требуемой  плотности грунта состоит в том, чтобы в результате уплотнения плотность  стала такой, при которой не будет  происходить накопления остаточных деформаций земляного полотна от действующих повторных расчетных нагрузок и изменений влажности грунта. Увеличение плотности грунта до требуемых значений обеспечивает стабильность основных параметров прочности грунта, делает их мало изменяющимися под влиянием сезонных колебаний температуры и влажности.

На основе элементарного  представления о грунте как о  трехфазной системе, без учета его  структурных особенностей, применяют  следующее выражение для единичного объема грунта:

               

 

где  δ - плотность  скелета грунта, г/см3;

       Y - плотность минеральных частиц, г/см3;

       W - массовая доля влажности грунта, %;

       V - объем воздуха, %;

        1 - единичный объем грунта (1 см³).

 

Отсюда плотность  грунта:

Значение Y изменяется в узких пределах: для супесчаных грунтов Y = 2,65-2,55 г/см3, для глинистых и пылеватых супесчаных грунтов Y = 2,68; для тяжелых суглинистых и тяжелых глинистых Y = 2,7; для суглинистых Y = 2,6. Наибольшая плотность соответствует пористости грунта в диапазоне 4-6 % (6 % для песчаных и супесчаных грунтов, 5 % для пылеватых супесчаных, суглинистых и глинистых и 4 % - для тяжелых суглинистых и пылеватых глин).

Процесс уплотнения состоит в вытеснении воздуха  из пор грунтов, отжатия воды и  уменьшения толщины водных пленок, что достигается механическим воздействием уплотняющих машин. Отжатие воды из грунта происходит медленно и не играет заметной роли в уплотнении из-за малого времени воздействия нагрузок при уплотнении машинами. Поэтому в процессе уплотнения при фактической влажности происходит главным образом удаление воздуха.

Для получения  наиболее плотной структуры необходимо, чтобы влажность грунта была такой, при которой объем защемленного воздуха находится в указанных  выше пределах: 4-6 %. При этом образуются наиболее прочные гидратные оболочки, обеспечивающие минимальную фильтрацию и наименьшее разбухание грунта, а следовательно, и наивысший возможный модуль упругости. Если влажность грунта ниже, то есть объем пор, занятый воздухом, выше указанной величины, не создается устойчивой структуры и при увлажнении грунт легко разбухает и тем больше, чем выше влажность. При недостаточной плотности, наоборот, доуплотняется и дает осадку. Модуль упругости в обоих случаях падает. При повышении влажности грунта в процессе уплотнения часть пор заполняется водой, вытесняющей воздух. Структура грунта становится неустойчивой, особенно при ударном уплотнении, а модуль упругости уменьшается.

Принято считать, что для каждого грунта существуют оптимальные влажность и плотность, зависящие от его минералогического и гранулометрического состава. Оптимальная влажность соответствует определенной работе, затраченной на уплотнение грунта. Эта работа определяется массой катка и числом его проходов или массой уплотняющего груза, высоты его падения и числа ударов. Большей работе по уплотнению соответствует меньшая оптимальная влажность. На рис. 2.4 показано, как меняются плотность и оптимальная влажность для разных значений работы по уплотнению. С некоторым приближением можно считать, что оптимальная влажность близка к максимальной молекулярной влажности, то есть влажности, при которой вся вода в грунте находится в связанном состоянии.

Экспериментально  оптимальную влажность определяют с помощью прибора стандартного уплотнения Союздорнии по ГОСТ 22733-2002, последовательно определяя стандартную плотность при переменных значениях влажности грунта. Влажность соответствующую максимальной плотности считают оптимальной.

В южных районах, где естественная влажность ниже, следует предварительно увлажнять  грунт или увеличивать работу по уплотнению для достижения требуемой плотности.

Ориентировочные значения влажности, %, для наиболее распространенных грунтов приведены  ниже:

пески мелкие и  пылеватые 8-13

супеси легкие и тяжелые 9-15

суглинки легкие 12-18

тяжелые и тяжелые  пылеватые суглинки 14-20

пылеватые и  тяжелые пылеватые супеси, легкие пылеватые суглинки 15-22

глины пылеватые  и песчанистые 16-26

глины жирные 20-30

Содержание  воздуха при стандартной плотности  для разновидностей грунтов в  среднем составляет: супесь - 8...10 %, тяжелый суглинок - 3...4 %, суглинок - 4...5 %, глина - 4...6 %.

Требования  к уплотнению грунта и назначение необходимой плотности устанавливают  в соответствии с уровнем напряженного состояния конструкции земляного  полотна. При этом учитывают, что  верхняя часть насыпи, иногда называемая рабочим слоем, испытывает динамические напряжения от транспортных средств и в наибольшей мере подвержена воздействию атмосферных явлений. Эти напряжения затухают с глубиной. Другая часть напряжений в земляном полотне, вызываемая собственным весом насыпи наоборот увеличивается с глубиной. Таким образом, в средней части насыпи уровень напряжений и соответственно требования к плотности грунта ниже, чем в верхней и нижней.

Pиc. 1. Изменение оптимальной плотности и оптимальной влажности при разном уплотнении:

1 - стандартное  уплотнение (СССР); 2-усиленное уплотнение (США); 3 - линия нулевых пор

Требуемую плотность  грунта определяют обычно по следующей  формуле:

    δ_тр = δ_ст×К_укл                         

 

где δ_тр - требуемая плотность, г/см³;

δ_ст - максимальная плотность по прибору стандартного уплотнения, г/см³;

К_укл - коэффициент уплотнения, устанавливаемый по СНиП 2.05.02-85.

 

Коэффициент уплотнения регламентируется строительными нормами  в зависимости от категории дороги, типа дорожной одежды, дорожно-климатической зоны и конструкции земляного полотна.

 

Уплотнение  грунта осуществляют одним из следующих  способов: укаткой, трамбованием и вибрированием. В зависимости от способа уплотнения средства для уплотнения разделяют  на катки, трамбующие машины или плиты и виброплиты или виброплощадки. Возможны комбинированные средства в виде виброкатков, оказывающих наряду со статическим воздействием также вибрационное действие на грунт.

Катки для уплотнения грунтов могут быть прицепными, полуприцепными и самоходными. Перемещение прицепных и полуприцепных катков осуществляют специальными тягачами или тракторами.

Наиболее распространенными  уплотняющими машинами в дорожном строительстве  являются прицепные и самоходные катки. Для уплотнения грунтов применяют чаще всего следующие разновидности катков: гладковальцовые, кулачковые и вибрационные. Катки с гладкими вальцами применяют для уплотнения связных и малосвязных грунтов, слоями не более 0,25 м.

При выполнении земляных работ в зимнее время  и при необходимости уплотнения грунта, содержащего мерзлые комья, применяют решетчатые катки, которые измельчают такие комья и уплотняют грунт. Решетчатые катки применяют также для уплотнения сухих комковатых грунтов.

Трамбование является универсальным способом уплотнения, пригодным для большинства грунтов. Его применяют для уплотнения грунтовых оснований, существующих насыпей, а также при уплотнении насыпного грунта в стесненных условиях. Посредством трамбования можно уплотнять грунт слоями большой толщины. Трамбование позволяет достигать плотности грунта выше максимальной стандартной. Этот способ допускает уплотнение грунта с влажностью выше и ниже оптимальной. Трамбование можно использовать для уплотнения прочных комковатых грунтов, в том числе и крупнообломочных. При уплотнении слоев большой толщины (1-2 м), а также для достижения плотности грунта выше стандартной максимальной плотности используют свободно падающие с высоты 2-6 м трамбующие плиты массой 2-15 т.

Вибрационное  уплотнение применяют для уплотнения крупнообломочных, песчаных и других малосвязных грунтов. Одномерные пески эффективно уплотняются только вибрированием. Прицепными и самоходными виброкатками массой 4-5 т рекомендуют уплотнять грунт слоями 0,40-0,50 м, катками с большей массой можно уплотнять песчаные грунты на глубину 0,6-0,8 м. В табл. 1 приведены сводные данные по условиям применения различных способов уплотнения.

 

Таблица 1 – Сводные данные по условиям применения различных способов уплотнения

Тип машин	Уплотняемый грунт  и условия работы	Применение  в зимнее время	Применение  в узких местах	Толщина слоя, см	Производитель-ность, м3/час
Катки прицепные  решетчатые	Рыхлые связные  и несвязные в зимнее время, гравелистые  и крупнообломочные при линейных работах	Целесообразно	Невозможно	25-35	100-200
Виброплиты  самоходные тяжелые	Несвязные гравелистые  при линейных работах (тяжелые плиты) и несвязные в «узких» местах (легкие плиты)	Нецелесообразно	Возможно	35-40	20-50
Вибрационные  прицепные катки	Несвязные, в  том числе гравелистые при  линейных работах	Нецелесообразно	Невозможно	30-40	200-300