Механизация уплотнения грунтов

 

Большая номенклатура средств для уплотнения грунта выпускаемых  отечественными и зарубежными предприятиями  ставит задачу выбора уплотняющих средств  перед каждой строительной организацией, участвующей в выполнении земляных работ при строительстве автомобильных дорог. С другой стороны, при выполнении работ на конкретном объекте в определенных условиях также приходится решать задачу выбора из имеющегося в организации парка машин.

При выборе уплотняющих  машин учитывают погодно-климатические условия, физико-механические свойства грунтов, ограничения по срокам и директивный темп ведения работ. Критерием для выбора оптимального варианта служат минимальные затраты на достижение требуемого качества уплотнения при выполнении ограничений каждого конкретного объекта.

Машины для  уплотнения грунтов входят в состав механизированных отрядов, где основными  являются землеройно-транспортные машины. Поэтому производительность машин  для уплотнения должна соответствовать  производительности отряда.

В соответствии с выбранной машиной для уплотнения грунта следует разработать технологию уплотнения. При этом следует установить толщину уплотняемого слоя, режим  уплотнения - количество проходов катка  по одному следу или число ударов трамбующей плиты, скорость движения катка, схему перемещения уплотняющей машины.

При определении  толщины уплотняемого слоя необходимо учитывать тип и разновидность  грунта, его начальную плотность, тип катка, его массу, требуемую  плотность грунта. Оптимальную толщину уплотняемого слоя или число проходов (ударов) уплотняющих машин по одному следу, необходимых для достижения требуемой плотности, можно установить пробной укаткой или вычислить по следующим формулам:

число проходов для катков

 

число ударов для  трамбующих машин

где Ауд - удельная работа машин для уплотнения связных  грунтов при Купл = 0,95 - 0,20 Дж/см³; при Купл = 0,98 - 0,40 Дж/см³; при Купл = 1 - 0,60 Дж/см³; для несвязных грунтов значения Ауд уменьшают в 1,5 раза;

Но - толщина  уплотняемого слоя в плотном теле, см;

q - линейное  давление катка, Н/см;

qо - статическое  давление трамбующего органа  машины, Н/см2;;

Q - масса катка  или трамбующей плиты, Н;

В - ширина рабочей  площади катка, см;

F - площадь сопротивления  трамбующей плиты, см2;

f - коэффициент сопротивления движению катка;

В случае применения кулачковых катков толщина уплотняемого слоя и число проходов соответственно

       и       

 

где l - длина  кулачка, см;

      b - минимальный размер опорной части поверхности кулачка, см;

     hp - толщина рыхлого слоя у поверхности, см;

      S - поверхность вальца, см2;

      F - опорная поверхность кулачка, см2;

      m - общее число кулачков;

      k - коэффициент, учитывающий неравномерность перекрытия поверхности кулачками, среднее значение которого можно принять равным 1,3.

Толщина отсыпаемых слоев грунта, как правило, должна быть одинаковой, а число проходов катка может быть различным в  зависимости от требований к плотности  грунта, изменяющихся от расположения слоя по высоте насыпи. Влажность грунта при уплотнении должна отличаться от оптимальной не более, чем указано в табл. 2.

 

Таблица 2 - Отклонение от оптимальной влажности в зависимости от коэффициента уплотнения

Тип грунта	Отклонение  от оптимальной влажности Wo при Купл
	0,98	0,95
Пески пылеватые, супеси легкие, крупные	0,8-1,35	0,75-1,6
Супеси легкие и пылеватые	0,8-1,25	0,75-1,35
Супеси тяжелые  пылеватые, суглинки легкие и легкие пылеватые	0,85-1,15	0,8-1,3
Суглинки тяжелые  и тяжелые пылеватые	0,9-1,09	0,85-1,2

 

 

 

 

2 Машины и оборудование для уплотнения грунтов

 

За последние 15-20 лет в технологии уплотнения грунтов произошли кардинальные изменения, вызванные насущным желанием производителей работ интенсифицировать  этот процесс. Ушли в прошлое статические  гладковальцовые и кулачковые как  самоходные, так и прицепные катки, а также прицепные пневмоколесные катки, которые сегодня выпускает только республика Беларусь. Сегодня для уплотнения грунтов в основном применяют вибрационные самоходные одновальцовые катки (рис. 2) и реже вибрационные прицепные одновальцовые катки, которые требуют разворота в обоих концах участка уплотнения.

Рис. 2. Каток вибрационный одновальцовый самоходный

 

В основном применяют  гладковальцовые вибрационные катки  и только для уплотнения связных  грунтов (тяжелых суглинков и  глин) применяют кулачковые вибрационные катки. Как правило, кулачковые катки - это те же гладковальцовые катки, на которые устанавливается дополнительный кольцевой бандаж с кулачками. Изменилась форма и размер кулачков. Раньше кулачки были высокие (до 40 см) и узкие с целью увеличения удельного давления. Сегодня кулачки на виброкатках невысокие (до 20 см) и широкие. Первое время после их появления они носили название «бобышки». Очень редко используют при уплотнении грунтов решетчатые прицепные статические и вибрационные катки, которые внешне напоминают гладковальцовые, но с обечайкой вальца, выполненной из металлической решетки, изготовленной из круглых прутков диаметром 30-50 мм. Благодаря высоким нагрузкам, передаваемым решеткой на грунт, такие катки производительны на связных грунтах и грунтах с каменными включениями.

Для уплотнения грунтов в узких местах: в траншеях, у труб, на подходах к мостам и  путепроводам, а также у бровки земляного полотна используют реверсивные  виброплиты (рис. 3).

Рис. 3. Виброплита реверсивная

 

Вибрационные самоходные одновальцовые катки различаются по мощности двигателя, ширине и диаметру вальца, линейной нагрузке и массе. Частоты (25-40 Гц) и амплитуды (0,6-2,0 мм) очень близки.

Основной производитель  катков для уплотнения грунтов в  России: ЗАО «Раскат». Основные производители катков для уплотнения грунтов в мире: Bomag (Германия), Hamm (Германия), Vibromax (Германия), Caterpillar (США), Ingersoll-Rand (США), Metso Minerals (Dynapac) Швеция и многие другие фирмы.

Техническая производительность прицепных вибрационных катков меньше производительности самоходных катков на 20-25 % соответственно при длине участка уплотнения 20-100 м при массе прицепных катков, равной половине массы самоходных катков.

 

 

 

 

 

 

3 Контроль качества уплотнения грунта

 

Степень уплотнения грунта назначается проектом на основании исследования грунта методом стандартного уплотнения, при котором устанавливаются его максимальная плотность и оптимальная влажность.

Работы по уплотнению грунта ведутся на участках (технологических  захватках) таким образом, чтобы обеспечить требуемый темп работ строительства земляного полотна. При этом рекомендуются следующие размеры участков: для кулачковых катков — 250-300 м; для катков на пневматических шинах — 200 м; для виброкатков — 200-250 м; для трамбующих машин — не менее 50 м.

При увеличении длины участка производительность катков возрастает, но при этом появляется опасность высушивания грунта до его окончательного уплотнения.

Ширина насыпи должна обеспечивать безопасное ведение  работ уплотняющими средствами. При этом машина должна находиться от бровки насыпи на расстоянии, предотвращающем ее сползание под откос.

Для достижения требуемой плотности грунтов  необходимо на протяжении всего процесса уплотнения выполнять условие (8.34).

Кроме того, необходимо соблюдать следующие правила:

 уплотнять  грунт сразу после его укладки  и разравнивания;

 не уплотнять  грунт при дожде;

 для эффективного  уплотнения грунт распределять  слоями равной толщины;

 для уменьшения  избыточной влажности следует  перед уплотнением подсушивать грунт путем его разрыхления на глубину уплотняемого слоя.

Уплотнение  производится проходками уплотняющих  машин вдоль насыпи и смещением  от бровок к ее середине во избежание  сдвигов грунта к краям насыпи. Каждый последующий проход или удар уплотняющей машины во избежание пропусков в уплотнении должен перекрывать след от предыдущего прохода на 0,15-0,20 м. Наименьшее расстояние прохождения уплотняющих машин от бровки насыпи должно составлять 0,5 м.

При устройстве земляного полотна постоянно контролируют соответствие производимых работ проекту и требованиям технических условий, степень уплотнения и влажность грунта.

Непосредственный  контроль за плотностью и влажностью грунта, уложенного в насыпь, возлагается  на полевую лабораторию.

Контроль качества уплотнения ведут следующими методами: стандартного уплотнения, режущими кольцами, зондированием, вдавливанием штампа, радиоизотопным, парафинированием, методом лунок и т. д. Выбор того или иного метода зависит от оснащенности лаборатории оборудованием и вида грунта, из которого сооружена насыпь.

Методом стандартного уплотнения определяют оптимальную  влажность и максимальную стандартную  плотность с помощью прибора  ДорНИИ.

Метод режущих  колец при определении плотности  скелета грунтов в насыпях  основан на определении плотности влажного грунта в объеме металлического кольца вместимостью 300-400 см3 (d/h = 1), вдавленного в уплотненный слой, и влажности этого грунта. Этот метод из-за простоты является наиболее распространенным.

Метод статического и динамического зондирования как один из видов контроля степени уплотнения грунтов в насыпях является наиболее оперативным и простым из всех существующих методов контроля.

Метод лунок  используют при отсыпке насыпей  из щебенистых крупнообломочных грунтов  или из грунта с мерзлыми комьями.

Радиоизотопные  методы осуществляются с помощью  приборов, в которых используется поглощение и рассеивание гамма-излучения  и нейтронов.

Дорожные лаборатории  должны выдавать рекомендации по рациональному  режиму работы машин, порядку укладки в насыпь грунтов из различных слоев резервов в зависимости от гранулометрического состава. Кроме того, они должны устанавливать допустимую толщины уплотняемого слоя и число проходов (ударов) машин по одному следу.

 

 

 

Заключение

 

Грунты уплотняют  для увеличения их несущей способности. К механическим способам уплотнения грунтов относятся укатка, трамбование, вибрирование и комбинированный способ. При выборе метода уплотнения грунтов и типа грунтоуплотняющих машин следует учитывать свойства грунта (гранулометрический состав, влажность, степень однородности, требуемую плотность), а также объем работ, время года, особенности выполнения подготовительных и вспомогательных работ и другие факторы. Работы по уплотнению грунтов ведутся при их влажности, близкой к оптимальной, т. е. при которой достигается наибольший эффект уплотнения.

Величина оптимальной  влажности принимается:

для песка мелкого  и средней крупности—10—15%; для  песка пылеватого— 14—23%; для супесей— 9—15%; для суглинков — на 1% и  для глин— на 2% ниже влажности на границе раскатывания.

Увлажнение  грунта и доведение его влажности  до оптимальной производится поливочной машиной или из шлангов. При этом перед укладкой первого слоя должно производиться разрыхление поверхности  основания на глубину не менее 5 см, а отсыпка последующего слоя должна выполняться с перемешиванием и разравниванием грунта. Если величина оптимальной влажности превышает верхний предел более чем на 20%, то необходимо подсушить грунт рыхлением или боронованием, после чего производить уплотнение грунта. Если подсушка грунта не достигает цели, то следует усилить основание втрамбовкой в него щебня или гравия.

Несвязные и  малосвязные грунты увлажняются  в отсыпном слое незадолго до уплотнения.

Поверхность земляного  сооружения следует разделять на участки, на каждом из которых последовательно укладывают, разравнивают, увлажняют и уплотняют грунт. Все участки с одинаковыми условиями работы должны быть равновеликими по площади.

Список  использованной литературы

 

1. Руководство по сооружению земляного полотна автомобильных дорог/Минтрансстрой СССР, Союздорнии. - М.: Транспорт, 1982. - 160 с.

2. СНиП 2.05.02-85. Автомобильные дороги. Нормы проектирования/Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 56 с.

3. СНиП 3.06.03-85. Автомобильные дороги/Госстрой России: Взамен СНиП III-40-78; Введ. 01.01.86. - М.: ГУП ЦПП, 2001. - 112 с.