Уплотнение грунтов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Одна из важнейших операций на строительстве любого земляного сооружения -- уплотнение. От качества производства этой операции зависят не только прочность, устойчивость, водонепроницаемость сооружения, но и ровность покрытия, срок его службы и безопасность движения. Недоуплотнение ведет к многочисленным повреждениям дорожных покрытий на новых дорогах, а следовательно, к непроизводительным затратам людских, материальных и энергетических ресурсов. Вместе с тем уплотнение является сравнительно недорогим процессом. Так, затраты на его осуществление составляют всего 0,7--1,0% общей стоимости дорожного строительства.

Цель уплотнения -- получение плотной и прочной структуры грунта, способной в дальнейшем противостоять внешним воздействиям, которые будут иметь место во время службы инженерных сооружений.

Работа всех машин для уплотнения связана с приложением к поверхности грунтового слоя циклических нагрузок. Под последними понимаются следующие друг за другом процессы нагрузки и разгрузки грунтов. В результате внешних силовых воздействий в уплотняемом материале накапливаются необратимые (остаточные) деформации, способствующие повышению его плотности.

По принципу действия на грунт различают машины статического (укатка) и динамического (трамбование и вибрация) действия. Применяют также комбинированные методы уплотнения: виброукатку, вибротрамбование и сочетание укатки с трамбованием . Рабочими органами машин служат вальцы или колеса, которые перекатываются по грунтовой поверхности. Под действием силы тяжести машин в местах контактов рабочих органов с грунтом возникают давления, вызывающие внутренние напряжения и деформации уплотняемого мате риала. Интенсивность образования необратимых деформаций определяет эффективность работы уплотняющих средств.

Уплотнение грунтов производится укаткой, трамбованием, вибрацией, виброударами, взрывами, статической нагрузкой от собственного веса грунта, а также от дополнительной пригрузки.

При укатке на грунт передается наклонное давление, складывающееся из вертикального от собственного веса механизма и горизонтального, возникающего за счет тягового усилия. Наиболее эффективным для уплотнения грунта является наклонное давление, создаваемое перекатыванием колеса или барабана.

Трамбование грунта связано с ударами рабочего органа -- трамбовки, поднятой на некоторую высоту, о грунт [9]. Уплотнение грунта происходит под воздействием передающейся на него ударной энергии и сопровождается перемещением частиц грунта в вертикальном и горизонтальном направлениях. При этом только часть ударной энергии расходуется на уплотнение, а остальная поглощается грунтом за счет его упругого сжатия.

При уплотнении вибрацией и виброударами на грунт передаются колебательные и ударные воздействия от рабочего органа в результате чего происходит более плотная укладка грунта и его уплотнение. Вибрационные и виброударные воздействия различаются между собой по частоте и амплитуде колебаний. С уменьшением частоты и увеличением амплитуды колебаний вибрационные воздействия переходят в виброударные, а машины соответственно называют вибрационными и виброударными.

При взрывах грунты уплотняются под воздействием энергии ударной волны и колебаний грунта, возникающих при взрыве взрывчатого вещества. При этом лишь небольшая часть энергии взрыва расходуется на уплотнение грунта, остальная часть идет на его разуплотнение, упругое сжатие и т.п.

Методы уплотнения грунтов подразделяются на поверхностные, когда уплотняющее воздействие прикладывается с поверхности грунта, и глубинные -- при передаче уплотняющего воздействия по всей или по определенной глубине массива грунта. К поверхностным методам относятся уплотнение грунтов укаткой, тяжелыми трамбовками, трамбующими машинами, виброкатками, виброплитами и вибротрамбовками, подводными взрывами, а также вытрамбовывание котлованов; к глубинным методам -- пробивкой скважин (грунтовыми сваями), глубинными вибраторами, глубинными взрывами, статическими нагрузками от собственного веса, а также от дополнительной пригрузки, в том числе с песчаными, бумажно-пластиковыми и другими дренами.

В процессе уплотнения укаткой, трамбованием, вибрацией, виброударами и взрывами уплотняющие воздействия на грунты передаются по определенным циклам, в результате чего на грунт воздействуют циклические нагрузки, характеризующиеся последовательной сменой процессов нагрузки и разгрузки. В соответствии с этим в уплотняемом грунте происходят обратимые (упругие) и необратимые (остаточные) деформации, последние и обеспечивают повышение степени плотности грунтов. При уплотнении грунтов статической нагрузкой от их собственного веса, а также от дополнительной пригрузки происходят в основном необратимые деформации.

При любом режиме уплотнения для каждого вида грунта и уплотняющего воздействия процесс накопления остаточных деформаций и, следовательно, повышение степени плотности грунта могут происходить только до определенного предела после передачи на него определенной работы. Дальнейшее увеличение работы без изменения режима уплотнения сопровождается в основном обратимыми деформациями и не приводит практически к повышению степени плотности грунта.

скребковый уплотнение конвейер грунт



Производство работ по уплотнению грунтов

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 .

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. При уплотнении грунтов максимальная степень плотности достигается на поверхности приложения уплотняющего воздействия, а по глубине и в стороны -- снижается. В связи с этим выделяются зона распространения уплотнения и уплотненная зона грунта. Зона распространения уплотнения представляет собой толщу грунта h?com в пределах которой происходит повышение его плотности. Эта зона распространяется от уплотненной поверхности на глубину, на которой плотность сухого грунта повышается не менее чем на 0,02 т/м3 по сравнению со значением ее до уплотнения. За уплотненную зону принимают толщу грунта, в пределах которой плотность сухого грунта не ниже заданного или допустимого ее минимального значения.

Машины для уплотнения грунтов

При устройстве различных земляных сооружений часто возникает необходимость уплотнения грунта, что предотвращает осадки и сдвиговые деформации сооружения. В гидротехнических земляных сооружениях уплотнение является также эффективным средством снижения фильтрации воды. В зависимости от прочности связей между минеральными частицами грунты подразделяют на связные и несвязные. Прочность связей определяется содержанием влаги в грунте. При уплотнении нарушаются связи между минеральными частицами, создается более плотная их компоновка и вытесняется воздух, благодаря чему грунт приобретает прочность и стабильность, повышается его несущая способность. Плотность грунта оценивается степенью его уплотнения, которая характеризуется отношением практически полученной в сооружении плотности скелета грунта 5пр при данной его влажности к стандартной плотности 6СТ, полученной в лабораторных условиях в приборе стандартного уплотнения Союздор НИИ по ГОСТ и выражается в процентах: ? = 8пр/8ст. При строительстве насыпей должна быть обеспечена следующая степень уплотнения: автодорожных -- 95--98%, железнодорожных -- 95- 96, гидротехнических -- 98-100%. Наибольшая степень уплотнения при наименьших энергозатратах достигается при оптимальной влажности, которая также определяется прибором стандартного уплотнения. Уплотнение грунтов следует производить при влажности, близкой к оптимальной. Переувлажненные грунты не поддаются уплотнению и требуют подсушивания, а грунты с малым содержанием влаги необходимо предварительно доувлажнять. В практике известны три основных метода уплотнения грунтов: статическая укатка, ударное трамбование и вибрирование. С учетом этого грунтоуплотняющие машины подразделяются на машины статического, ударного, вибрационного и комбинированного действия.

Они в зависимости от способа их перемещения бывают прицепные и самоходные, а также в виде навесного оборудования к базовым машинам. По виду рабочего органа уплотняющие машины подразделяются на: катки статические и вибрационные с гладкой, кулачковой и решетчатой металлической обечайкой и катки пневмо-колесные; трамбующие машины на базе гусеничных тракторов, управляемые вручную трамбовки с электрическим или бензиновым двигателем, а также трамбовки на базе гидромолотов к гидравлическим экскаваторам; самопередвигающиеся и навесные к базовым шасси виброплиты, а также виброплиты, навешиваемые на стреле экскаватора вместо ковша. Внутри каждого из этих типов они условно делятся по своей массе на легкие, средние и тяжелые. Согласно принятой индексации уплотняющим машинам присваивается индекс ДУ (дорожный уплотнитель), после которого устанавливается порядковый номер регистрации в реестре задания на проектирование. Так, например, для дорожного прицепного кулачкового катка установлен индекс ДУ-26А, что означает: ДУ -- дорожный уплотнитель; 26 -- порядковый номер по реестру; А -- порядковая буква алфавита после первой модернизации катка. Выбор способа уплотнения и соответствующей ему машины, ее типоразмеры определяются конкретными условиями строительства.

Для искусственного уплотнения грунтов, гравийно-щебеночных оснований и асфальтобетонных смесей при сооружении земляного полотна оснований и покрытий городских дорог, площадей и улиц применяют широкую номенклатуру машин, осуществляющих уп­лотнение укаткой, трамбовкой и вибрацией. При уплотнении частицы грунта или материала смещаются и укладываются более компактно за счет вытеснения жидкой и газообразной фаз, что приводит к уменьшению объема грунта (материала) и формирова­нию более плотной и прочной его структуры.

Ориентировочные значения оптимальных влажностей и максимальных плотностей грунтов приведены в таблице

Трамбующие машины послойно уплотняют насыпные тяжелые связные и несвязные грунты слоями 1 ...1,5 м, а также грунты в естественном залегании свободно падающими массивными трамбующими органами в виде железобетонных и чугунных плит круглой или квадратной в плане формы с площадью опорной поверхности около 1 м2. Необходимая плотность насыпного грунта достигается за 3...6 ударов плиты по одному месту. Трамбование осуществляется циклично или непрерывно. Цикличное уплотнение грунта обеспечивается плитами 11 массой 1... 1,5 т, подвешенными на стропах к подъемному канату 10 экскаватора-драглайна или стрелового самоходного крана. Плиты поднимают* грузовой лебедкой на высоту 1...2 м и сбрасывают на уплотняемый грунт. Частота ударов не превышает 0,05...0,1 с-1, энергия единичного удара -- 10... 15 кДж. Трамбующие машины цикличного действия применяют в основном для работы в стесненных условиях на объектах с небольшими объемами работ.

Для уплотнения грунтов на объектах с широким фронтом работ используют самоходные трамбующие машины непрерывного действия на базе гусеничных тракторов класса 10 с ходоуменьши-телями. Рабочим органом таких машин (рис. 4.57, ж) являются две чугунные плиты 12 массой 1,3... 1,4 т, перемещающиеся по направляющим штангам 13. При движении трактора на пониженных скоростях (80...200 м/ч) плиты автоматически поочередно падают после подъема на высоту 1,1... 1,3 м на поверхность грунта и уплотняют полосу шириной, равной захвату обеих плит. Частота ударов плит составляет 0,4...0,5 с-1, энергия единичного удара 14... 16 кДж. Производительность самоходных машин достигает 500 м2/ч. Динамические нагрузки, возникающие при работе трамбующих машин со свободно падающим грузом, вредно влияют на базовую машину, а также расположенные поблизости сооружения и подземные коммуникации. При выполнении небольших объемов работ по уплотнению несвязных грунтов, щебня и гравия в стесненных условиях применяют самопередвигающиеся вибрационные трамбующие плиты с рабочим органом в виде поддона (плиты) 14, на котором установлены один или два двухдебалансных вибратора 15 направленного действия. Привод вибраторов осуществляется от электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания. При работе вибраторов происходит уплотнение грунта и одновременное самостоятельное перемещение виброплиты в заданном направлении под воздействием горизонтальной составляющей вынуждающей силы. Масса виброплит составляет 250... 1400 кг, вынуждающая сила -- 12,5...63 кН.

Эксплуатационная производительность уплотняющих машин (м3/ч) непрерывного действия

Пз =((B-b)н1000h/m)KB (4-34)

где В -- ширина полосы уплотнения, м; b -- ширина перекрытия смежных полос уплотнения, м (Ь = 0,1 м); v -- средняя рабочая скорость движения машины, км/ч; h -- толщина слоя уплотнения, м; т -- необходимое число проходов по одному месту; к* -- коэффициент использования машины по времени (кв = 0,8...0,85).

Развитие уплотняющих машин идет в направлении расширения производства пневмоколесных и комбинированных катков, трамбовочных машин ударного и вибрационного действия, повышения эффективности уплотняющих органов, применения многорежимных вибрационных уплотняющих органов с регулируемыми параметрами, применения гидравлических приводных систем и трансмиссий уплотняющего оборудования, максимальной унификации машин, автоматизации управления машинами, снижения уровня вибрации и шума.

Свежеуложенный грунт в земляном сооружении должен быть уплотнен во избежание самопроизвольного изменения геометрической формы и просадок. Для понижения водопроницаемости земляного сооружения применяют искусственное уплотнение грунтов. Способ уплотнения грунтов и число приложений нагрузки зависят от свойств грунта: связности, влажности, гранулометрического состава, требуемой степени уплотнения.

Для уплотнения связных и малосвязных грунтов применяются укатка и трамбование, для несвязных грунтов -- укатка и вибрация.

По принципу действия машины, применяемые в строительстве для уплотнения грунта, разделяются на машины статического, ударного действия и вибрационные. По способу передвижения грунтоуплотняющие машины делятся на прицепные и самоходные.

Уплотнение грунтов укаткой

Уплотнение грунтов укаткой применяется для всех видов песчаных, глинистых, крупнообломочных грунтов на свободных участках и при большом фронте работ, обеспечивающих достаточную маневренность механизмов. Укатка грунтов в основном используется для послойного уплотнения при возведении грунтовых подушек, планировочных насыпей, земляных сооружений различного назначения, при подсыпке и подготовке оснований под полы и т.п.

Эффективность уплотнения грунтов укаткой зависит, в основном, от их влажности, вида и типа применяемых механизмов. Наибольшая эффективность уплотнения достигается в крупнообломочных грунтах; в глинистых и песчаных грунтах это достигается при их оптимальной влажности .

По условиям проходимости машин уплотнение глинистых грунтов допускается при влажности щcom?щp + k Ip, (где k -- коэффициент, принимаемый: k = 0,6 при Ip ? 0,08; k = 0,3 при Ip ? 0,17; при других значениях Iр коэффициент k принимается по интерполяции.

Основания на уплотненных укаткой грунтах проектируются так же, как и на грунтовых подушках.

Уплотнение грунтов укаткой осуществляется самоходными и прицепными катками на пневматическом ходу, гружеными скреперами, автомашинами, тракторами. Для уплотнения песчаных и глинистых грунтов укаткой не рекомендуется применять катки с гладкими вальцами, а также кулачковые катки, так как при заполнении пространства между кулачками грунтом достигаемая ими глубина уплотнения обычно незначительна и не превышает 0,2--0,4 м.

Грунтоуплотняющее оборудование выбирается с учетом его производительности, эффективности работы, маневренности и других факторов. Для предварительной подкатки грунтов целесообразно использовать тракторы и легкие катки. Укатывать грунты гружеными скреперами к автомашинами рекомендуется в тех случаях, когда грунт доставляется по отсыпаемому слою и можно обеспечить достаточно равномерное движение транспорта по всей площади отсыпанного слоя.

Перед производством основных работ выполняются опытные работы по уплотнению грунтов укаткой принятыми механизмами с целью уточнения максимальной плотности сухих уплотненных грунтов, оптимальной влажности, толщины уплотненных слоев при заданном режиме уплотнения и необходимого числа проходов катков.

Катомк -- машина для утрамбовки и уплотнения грунта, асфальта и так далее.

Главной деталью катка является валец -- цилиндр, расположенный вместо колеса или колёс. Своей массой валец сдавливает утрамбовываемое вещество. В каждом катке есть ведущий валец, к нему подаётся крутящий момент от двигателя, и ведомый -- он является направляющим.

Вибрационный каток.

Вальцы могут быть гладкими, кулачковыми, решетчатыми, пневмоколесными:

Гладкие представляют просто металлические цилиндры, сдавливающие своей массой. Обычно применяется для асфальтоукладочных работ, из-за того что на выходе даёт ровную площадку;

Кулачковые отличаются тем, что покрыты кулачками -- небольшими выступами. Эффективны для работы с рыхлым грунтом;

Поверхность решетчатых покрыта решёткой. Используется для трамбовки различных грунтов. При прохождении по неоднородному грунту крупные комки дробятся, что увеличивает уплотняемость;

У пневмоколёсных валец представляет собой набор из колёс, разделённых промежутками. Если в катке более 1 пневмоколёсного вальца, их ставят так, чтобы колеи задних колёс проходили между колеями передних; При укатке уплотнение происходит под статическим действием массы катка, перека­тывающегося по уплотняемой поверхности. При трамбовании уплотнение грунта достигается динамическим воздействием падающего на уплотняемый материал груза. При вибрационном уплотнении вибрирующая масса сообщает колебательные движения частицам материала, в результате чего он получает большую подвижность и уплотняется. Укатка производится прицепными, полуприцепными и самоходными катками с металлическими (гладкими, решетчатыми и кулачковыми) вальцами и колесами с пневматическими шинами. Прицепные кулачковые катки предназначены для послойного уплотнения связных и комковатых грунтов и имеют рабочие органы в виде кулачков 2 специальной формы, прикрепленных к съемным бандажам, надетым на полый барабан , заполняемый балластом (обычно песком). Налипающий на кулачки грунт счищается скребками. Катки выпускаются массой 6...30 т и различаются между собой размерами барабанов, числом, формой и величиной кулачков.

Пневмоколесные катки осуществляют уплотнение смонтированными в один ряд на одной или двух осях пневмоколесами 4, пригру-женными балластом 3, и могут быть прицепными, полуприцепными и самоходными . Прицепные и полуприцепные катки применяют для послойного уплотнения связных и несвязных грунтов, самоходные -- в основном для уплотнения дорожных оснований и покрытий. Прицепные катки имеют общую массу (с балластом) 12,5...42,5 т, уплотняют полосу шириной 2,2...3,3 м при толщине уплотняемого слоя 0,25...0,5 м. Полуприцепные (к одноосным тягачам и пневмоколесным тракторам) катки производительнее и маневреннее прицепных и выпускаются массой 15...45 т. Каждое пневмоколесо прицепных и полуприцепных катков нагружается индивидуальным балластом, имеющим свободное перемещение вместе с колесом в вертикальной плоскости. Это обеспечивает постоянную передачу давления на грунт каждым колесом независимо от неровностей уплотняемой поверхности. Полуприцепные катки движутся со скоростью до 11 км/ч и уплотняют полосу шириной до 2,6 м. Самоходные пневмоколесные катки имеют массу 16...30 т и уплотняют полосу шириной 1,6...2,2 м. Рабочим ор­ганом самоходного катка являются передние управляемые 5 и задние ведущие 6 пневмоколеса, взаимная расстановка которых позволяет получать сплошную полосу уплотняемого материала. При работе каток движется челночным способом со скоростью 3...4 км/ч.

Прицепные и самоходные вибрационные катки в 8... 10 раз эффективнее катков статического действия и применяются для уплотнения несвязных и малосвязных грунтов и материалов. Под действием «вибрации значительно снижаются силы трения и сцепления между частицами уплотняемого материала, который становится более подвижным. Прицепные катки выпускают со взаимозаменяемыми гладкими, кулачковыми решетчатыми вальцами. Внутри пустотелого вальца 9 прицепного катка имеется мощный вибратор направленных колебаний, приводимый в действие от установленного на раме катка двигателя внутреннего сгорания 7 через клиноременную передачу 8. Общая масса прицепных виброкатков 3,6...12 т.

Самоходные виброкатки выпускают одно-, двух- и трехвальцовыми. Встроенные вибраторы имеют ведущие вальцы. Привод вибраторов -- механический и гидравлический. Масса самоходных виброкатков до 18 т, вынуждающая сила 20...50 кН. Они уплотняют полосу шириной до 1,5 м при скорости рабочего хода 6...10 км/ч. Малогабаритные двухвальцовые виброкатки массой 0,8...1,4 т применяют для уплотнения грунтов и покрытий в стесненных условиях при малых объемах работ. Они выпускаются с ручным и рулевым управлением, оборудуются механическими возбудителями колебаний и уплотняют полосу шириной до 0,8 м.

Самоходные комбинированные катки оборудуются ведущим вальцом из пневмомашин и гладким металлическим вибровальцом. Оба вальца имеют шарнирно сочлененную раму. Высокая эффективность уплотнения грунтов и дорожно-строительных материалов достигается за счет последовательного воздействия вибрации и статической нагрузки. Привод ведущих пневмоколес и вибровозбудителя -- гидравлический. Вынуждающая сила вибровозбудителя регулируется в широком диапазоне в зависимости от условий укатки и достигает 150...200 кН. Производительность комбинированных катков при уплотнении несвязных грунтов до 1000 м3/ч.

Также в катках может использоваться более одного вида вальцов. Такие катки называются комбинированными (обычно передний валец -- гладкий, а задний -- пневмоколёсный).

По количеству вальцов катки делятся на одно- двух- и трёхвальцовые.

Вальцы могут располагаться один за другим, или, для трёхвальцового катка, два узких вальца могут располагаться на одной оси.

Одновальцовые катки обычно прицепные, то есть прикрепляются к трактору или другому двигающему устройству.

Катки для лучшей утрамбовки могут быть вибрационными, то есть один из вальцов вибрирует в вертикальном направлении, что значительно улучшает качество уплотнения, что позволяет использовать эти катки в однопроходном режиме. Для обычных катков необходимо сделать несколько проходов для надлежащего уплотнения асфальта.

Для грунта глубина трамбовки может, для различных конструкций, колебаться от 20-30 см до 150-160 см, по массе катки различаются от ручных (менее 1 тонны) до сверхтяжёлых -- более 16 тонн. Современные дорожные катки способны развивать скорость до 14 км/ч, но для большинства максимальная скорость -- 2-5 км/ч.

При применении тяжелых катков и автомашин для уплотнения грунта сначала производится подкатка его бульдозерами или тракторами. В процессе уплотнения грунтоуплотняющие механизмы движутся равномерно по всей уплотняемой площади с минимальным количеством разворотов.

При производстве работ в дождливое и жаркое время особое внимание уделяется обеспечению влажности грунтов, близкой к оптимальной, а в зимнее время -- сохранению талого состояния грунтов. Качество отсыпки и укатки грунта проверяется путем определения толщины отсыпаемого слоя, его влажности и плотности сухого грунта после его уплотнения в наиболее характерных пунктах, выбираемых из расчета одни пункт на каждые 300--600 м2 уплотняемой площади.

При толщине слоя грунта до 50 см плотность сухого грунта и его влажность определяются в середине слоя, а при большей -- на двух горизонтах, расположенных на расстоянии 10--15 см от верха и низа слоя.

Для контроля качества уплотнения грунтов используются методы: режущего кольца; парафинирования; метод лунки для крупнообломочных грунтов; радиоактивных изотопов поверхностными приборами; зондирования для песчаных грунтов.

Катки с гладкими вальцами: область применения, устройство, расчет глубины активной зоны и производительности

Катки с гладкими жесткими вальцами могут уплотнять грунт слоями толщиной 0,15-0,20 м в плотном теле, а также применяться для укатки асфальтобетонных покрытий и оснований из грунтов и каменных материалов, обработанных органическими вяжущими материалами.

Для работы в лесных условиях используют трехвальцовые самоходные катки с двумя задними ведущими вальцами и двухвальцовые двухосные с одним или обоими ведущими вальцами. В леспромхозах могут быть использованы легкие, средние и тяжелые моторные катки.

Катки	Вес, т	Удельное давление, кг/см2	Мощность двигателя, л.с.
Легкие	3-5	20-40	20-25
Средние	6-9	40-60	30-40
Тяжелые	10-5	60-80	40-60

Они имеют следующие основные механизмы и приспособления; укатывающие вальцы; двигатель; силовую передачу (муфта сцепления, коробка перемены передач, дифференциал и др.); рулевое управление; приспособление для очисти и смачивания поверхности вальцов; раму.

Рассмотрим некоторые элементы взаимодействия гладкого вальца с укатываемой поверхностью.

В комплекс работ по уплотнению грунтов укаткой входят подготовка поверхности для отсыпки грунта, подготовка самого грунта, доставка, отсыпка и разравнивание грунта, уплотнение грунта и контроль качества его уплотнения.



Схема опытного участка для уплотнения грунтов укаткой (стрелками показаны направления движения механизма): 1 -- 3 -- захватки соответственно с 6, 9 и 12 проходами; 4 -- 6 -- участки отсыпки грунта с влажностью соответственно равной 0,8щp, 1,0щp и 1,2щр; 7 -- шурфы или скважины для определения сd и щ уплотненного грунта; l и b -- длина и ширина грунтоуплотняющего механизма

Уплотнение укаткой производится при оптимальной или близкой к ней влажности грунтов. При влажности грунтов ниже пределов, указанных в табл. 13.1, их увлажняют в резерве, карьере или реже на месте укладки расчетным количеством воды Q, определяемым по формуле

Уплотнение трамбующими машинами

Трамбовка - обычно имеющая в плане форму квадрата, прямоугольника или шестигранника, изготовляется из металлического листа толщиной 10--16 мм путем сварки отдельных элементов встык с последующим заполнением бетоном до заданного веса. Сверху трамбовки расположена крышка из листа толщиной 20--30 мм с болтами диаметром 30--60 мм, с помощью которых крышка крепится к сбросной каретке. Трамбовка навешивается на рабочий трос крана-экскаватора через вставку из троса длиной 0,8--1 м, благодаря чему исключаются закручивание рабочего троса и его преждевременный износ. В целях снижения тягового усилия на лебедку допускается запасовка троса через полиспаст.

Сбросная каретка имеет коробчатое сечение и обычно состоит из двух швеллеров, усиленных накладками и соединенных с трех сторон металлическими листами. Каретка надевается на направляющую штангу и удерживается на ней с помощью пазов или полок швеллеров.

Уплотнение грунтов трамбующими машинами непрерывного действия производится для всех видов грунтов и, как правило, в стесненных условиях, при ограниченном фронте работ для возведения обратных засыпок котлованов, траншей, засыпки всевозможных пазух, щелей, вблизи подземных конструкций, в местах примыкания земляных сооружений к бетонным и другим конструкциям.

Основными типами трамбующих машин являются:

· - самоходные трамбующие машины на базе трактора (ДУ-12);

· - самоходные прицепные виброкатки (Д-684 и др.);

· - самопередвигающиеся виброплиты (Д-604, Д-605, Д-639 и др.) и вибротрамбовки (ВУТ-3, ВУТ-4, ВУТ-5 и др.);

· - подвесные на кране виброплиты и вибротрамбовки (ПВТ-3, ВПГТ-2А и др.);

· - механические трамбовки с пружинно-воздушным механизмом (ИС-4502, ИС-4504 и др.), с компрессорно-воздушным ударным механизмом, с пружинным ударным механизмом и др.

Трамбующие машины непрерывного действия, основанные на ударном воздействии, имеют практически одинаковую эффективность при уплотнении песчаных и глинистых грунтов, а машины, основанные на вибрационном и виброударном воздействии эффективны только в песчаных грунтах.

Тип трамбующих машин непрерывного действия для уплотнения грунтов выбирается, с одной стороны, с учетом эффективности их работы, сменной производительности, возможности самопередвижения, вида базовой машины и т.п., а с другой -- в зависимости от стесненности условий производства работ, объема работ, вида применяемого грунта и других факторов.

Самоходные трамбующие машины и виброкатки обычно применяются при фронте работ, достаточном для их маневрирования и разворота.

Самопередвигающиеся виброплиты и механические трамбовки целесообразны при весьма ограниченном фронте работ, а подвесные и ручные трамбовки -- в труднодоступных местах.

Перед началом производства работ по уплотнению грунтов трамбующими машинами выполняются опытные работы, которые (так же как и подготовка поверхности для отсыпки грунта, подготовка самого грунта, отсыпка, разравнивание и уплотнение грунта, контроль качества уплотнения при достаточном фронте работ) выполняются по аналогии с описанными выше работами при уплотнении грунтов укаткой. Основное отличие состоит лишь в том, что при ограниченном фронте работ доувлажнение грунтов производят до их отсыпки, а в труднодоступные места грунт отсыпают экскаваторами, погрузчиками и разравнивают вручную.

Так как уплотнение грунтов трамбующими машинами применяется в стесненных условиях, пункты проверки качества уплотнения назначаются чаще, чем при других методах, и принимаются из расчета один пункт на каждые 100--300 м2 уплотненной площади и обязательно не менее одного на каждом отдельном участке площадью 20--40 м2.

Трамбующие машины основаны на ударном действии их рабочих органов. Последние в момент их контакта с грунтовой поверхностью обладают определенным количеством движений. В процессе удара за очень короткий промежуток времени большая часть кинетической энергии рабочего органа переходит в другие виды энергии. Процесс сопровождается весьма быстрым повышением давления на поверхности контакта и последующим быстрым его спадом.

В отличие от катков эффект уплотнения определяется не только массой рабочего органа, но и скоростью в момент удара и частотой приложения уплотняющих воздействий.

Уплотнение грунта трамбованием может осуществляться механическим трамбованием (пневматическими и электрическими трамбовками, а также трамбовками с бензиновым двигателем и взрывного действия); машинами с падающими плитами; навесными плитами на экскаваторах и кранах.

Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками

Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками производится свободным сбрасыванием с помощью крана-экскаватора с высоты 5--10 м трамбовок диаметром 1,4--3,5 м и весом 40--150 кН. Тяжелые трамбовки применяются для уплотнения всех видов грунтов в их природном залегании (просадочных, засоленных, насыпных, рыхлых песчаных грунтов), а также вновь отсыпанных при подготовке оснований под фундаменты, устройстве грунтовых подушек, возведении планировочных насыпей, земляных сооружений, обратных засыпках котлованов и т.п.

Эффективность уплотнения грунтов тяжелыми трамбовками определяется диаметром, весом, высотой сбрасывания трамбовки, а также степенью плотности, влажности, структурной прочностью уплотняемых грунтов. С увеличением диаметра, веса и высоты сбрасывания трамбовки глубина уплотнения возрастает. Наибольшая эффективность уплотнения грунтов по глубине достигается при оптимальной влажности. При повышении степени плотности и структурной связности эффективность уплотнения снижается (в частности, в насыпных грунтах глубина уплотнения обычно на 30 -- 40 % больше, чем в грунтах естественного сложения). Основания на уплотненных тяжелыми трамбовками различного вида грунтах проектируются так же, как и на просадочных с I типом грунтовых условий.

Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками весом до 50--70 кН выполняется с помощью оборудованных стрелой-драглайн строительных кранов-экскаваторов Э-1252 и Э-10011 грузоподъемной силой соответственно 250 и 180 кН, а трамбовками весом 100--150 кН -- карьерных кранов-экскаваторов Э-2502 грузоподъемной силой 500-600 кН. В целях обеспечения нормальной работы крана-экскаватора в тяжелом режиме грузоподъемная сила крана-экскаватора должна в 3--4 раза превышать вес трамбовки. Для обеспечения требуемой высоты сбрасывания в необходимых случаях стрела удлиняется за счет вставки в среднюю часть дополнительного звена. Трамбовка изготовляется из железобетона, имеет в плане форму круга или многоугольника (с числом сторон не менее восьми). Поддон и боковые стенки ее сворачиваются из листовой стали толщиной 8--16 мм, а подъемные петли -- из листовой стали толщиной 20--40 мм. Трамбовка подвешивается к рабочему тросу крана-экскаватора с помощью вертлюгов и промежуточного троса длиной 1--1,5 м с грузом весом 200--500 Н, которые обеспечивают натяжение рабочего троса и исключают его преждевременный износ вследствие образования перегибов.

До начала производства работ обычно выполняется опытное уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками для уточнения режима и эффективности уплотнения грунтов при их различной влажности по схеме, приведенной на рис. 13.6. Уплотнение производится с замером понижения уплотняемой поверхности по металлическим штырям, забитым по центру каждого следа, нивелированием после каждых двух уларов трамбовки.



Схема опытного участка для уплотнения грунтов тяжелыми трамбовками: 1 -- 3 -- участки грунта с влажностью соответственно 0,8щр, 1,0щp, 1,2щp ; 4 -- следы ударов трамбовки; 5 -- точки нивелирования (штыри); 6 -- шурфы или радиометрические скважины для определения сd и щ.



1 -- скоба для подъема трамбовки; 2 -- отверстие в скобе; 3 -- кожух; 4 -- поддон; 5 -- вертикальная арматура; в -- горизонтальная арматура

По результатам опытного уплотнения строятся графики понижения уплотняемой поверхности , по которым уточняются величина понижения уплотняемой поверхности, число ударов, необходимое для уплотнения до отказа. Кроме этого, после уплотнения закладывают шурфы или проходят радиометрические скважины на глубину не менее двух диаметров трамбовки. При этом определяются изменения по глубине плотности сухого грунта и его влажности, а также глубина уплотнения.

Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками выполняется после планировки поверхности котлована и подкатки ее тракторами или катками при наличии насыпных грунтов. При этом котлован должен быть огражден от попадания поверхностных вод с окружающей территории.

Трамбование производится с перекрытием следов отдельными циклами при постоянном поворачивании стрелы по мере перехода с одного следа на другой. По каждому следу выполняется по два-четыре удара трамбовки. Для перехода с одного цикла на другой изменяется вылет стрелы или кран переезжает назад. Такая последовательность сохраняется до тех пор, пока не будет произведено заданное число ударов трамбовки по каждому следу. После окончания трамбования верхний разрыхленный слой грунта доуплотняется легкими ударами трамбовки при сбрасывании ее с высоты 0,5--1 м или укаткой. Если после трамбования отметка основания окажется ниже проектной, производится подсыпка местного грунта с уплотнением его укаткой.

В дождливое и сухое время года уплотнение тяжелыми трамбовками производится с учетом сохранения влажности уплотняемых грунтов близкой к оптимальной, а в зимнее время при талом состоянии грунта и его природной влажности -- с учетом возможной глубины промерзания в течение суток и производительности применяемого оборудования в сутки.

Качество работ по уплотнению тяжелыми трамбовками грунтов с оптимальной влажностью проверяется по отказу при контрольном трамбовании после двух-трех ударов трамбовки в пунктах, располагаемых из расчета один пункт на каждые 100 м2 уплотненной площади. При уплотнении грунтов с влажностью, отличающейся от оптимальной более чем на ±0,02, качество уплотнения проверяется определением плотности сухого грунта через 0,25--0,5 м по глубине при толщине уплотненного слоя до 2--2,5 м и 0,5--0,75 м при большей толщине. Для определения плотности закладывают шурфы (или проходят радиометрические скважины) из расчета один шурф на каждые 300 м2 уплотненной площади. При использовании сваебойного агрегата для вытрамбовывания котлованов в качестве трамбовки применяется полый металлический шаблон, сваренный из листов и закрепленный болтами на молоте. Эффективность вытрамбовывания котлованов определяется в основном теми же факторами, что и эффективность уплотнения грунтов тяжелыми трамбовками.

Простейшим, но малопроизводительным устройством для ударного уплотнения грунта трамбованием является чугунная или железобетонная плита, подвешиваемая к подъемному канату экскаватора, оборудованного стрелой драглайна. Опорная поверхность плиты имеет форму круга или квадрата площадью около 1 м2. Плита присоединяется к канату при помощи трех-четырех цепей. Необходимо иметь в виду вредное воздействие динамических нагрузок на механизмы и конструкцию экскаватора, возникающих при трамбовании плитой. Поэтому к указанному способу трамбования прибегают только в крайних случаях, при отсутствии других, более совершенных механизмов, или когда последние по каким-либо причинам не могут быть применены. Трамбующая машина Д-471А (228) самоходная, смонтирована на базе гусеничного трактора /. Рабочий орган машины состоит из двух трамбующих плит 11, перемещающихся по направляющим штангам 9 с подвижными удлинителями 10. Плиты подвешены на канатах 7, свободные концы которых закреплены на барабанах полиспастного механизма 3. Входной вал редуктора 2 соединен с валом двигателя трактора. На выводном валу редуктора закреплен кривошипный механизм, который поднимает и сбрасывает трамбующие плиты. Направляющие блоки канатного полиспаста расположены на конструкции, состоящей из передних стоек 4, компенсатора 5, задних стоек 8 и стяжек 6.

Для уменьшения скорости перемещения машины предусмотрен ходоуменьшитель.

Дизель-трамбовочная машина ЦНИИС-РРМЗ (229) смонтирована на гусеничном тракторе Т-100ГП. Рабочим органом машины являются дизель-трамбовки 5, закрепленные в вертикальном положении на раме 10, и плиты 8, шарнирно связанные с рамой трактора 1. Для подъема и опускания рамы 10 служит полиспаст 4, тяговый канат которого закреплен на барабане лебедки 9. Неподвижные блоки полиспаста расположены на конструкции 2, 3.

Запуск трамбовок выполняется гидроподъёмником 6. Для обслуживания трамбовок предусмотрена рабочая площадка 7.

В передней части машины на толкающих брусьях 11 размещается бульдозерный отвал 13 с планировочной плитой 12, служащие для разравнивания свеженасыпанного грунта перед двигающейся дизель-трамбовочной машиной и уравновешивания машины.

Для уменьшения скорости хода трактора до 80--200 м/ч в механизме перемещения предусмотрен ходоуменьщитель. Производительность трамбующих машин 150--300 м3/ч, толщина уплотняемого слоя до 1 м. Вибрационные машины. Грунтоуплотняющие вибрационные машины выпускаются в виде прицепных виброкатков, самопередвижных, навесных и подвесных виброплит и вибротрамбовок.

Котлованы вытрамбовываются под отдельно стоящие фундаменты с плоской или заостренной подошвой, ленточные прерывистые фундаменты, а также фундаменты с уширенным основанием, получаемым путем втрамбовывания отдельными порциями в дно вытрамбованного котлована жесткого материала (щебня, гравия, песчано-гравийной смеси, крупного песка и т.д.).

Перед началом производства работ по вытрамбовыванию котлованов обычно проводятся опытные работы в два этапа. На первом этапе, выполняемом с целью отработки технологии производства работ, определяют:

Ш - среднее число ударов трамбовки заданного веса, размеров и оптимальную высоту сбрасывания для вытрамбовывания котлованов необходимой глубины;

Ш - для фундаментов с уширенным основанием из жесткого материала количество и объем засыпки жесткого материала, а также необходимое число ударов для втрамбовывания каждой порции засыпки в дно котлована;

Ш - для ленточных прерывистых фундаментов минимально допустимые расстояния между двумя соседними котлованами при различной глубине их вытрамбовывания.

На втором этапе определяются плотность сухого грунта, влажность, прочностные характеристики ц и с уплотненного грунта, размеры уплотненной зоны вокруг вытрамбованного котлована, а также размеры уширенного основания при втрамбовывании в дно котлована жесткого материала. Кроме этого, в необходимых случаях проводят испытания опытных фундаментов на вертикальные и горизонтальные нагрузки и определяют модули деформации уплотненных и неуплотненных грунтов.

Опытные работы по вытрамбовыванию котлованов производятся на площадке, расположенной в непосредственной близости от строящегося объекта, в котловане, отрытом на проектную глубину, трамбовками всех видов и размеров, применяемыми для устройства фундаментов. В процессе опытных работ понижения дна котлована после каждых двух ударов трамбовки замеряют нивелированием ее верха. На основе этого строится график понижения дна котлована в зависимости от числа ударов трамбовки.

При вытрамбовывании котлованов под ленточные прерывистые фундаменты, а также под столбчатые фундаменты при расположении их в осях на расстояниях менее 2bm (где bm -- ширина котлована в среднем сечении) дополнительно замеряются вертикальные и горизонтальные перемещения грунта на окружающей их поверхности по двум створам.

Для фундаментов с уширенным основанием опытные работы производятся, как правило, с втрамбовыванием жесткого материала трех различных объемов.

После втрамбовывания по оси котлована закладывают шурфы или разрабатывают траншеи на глубину не менее 2bm ниже его дна с таким расчетом, чтобы одна из стенок шурфа проходила через центр котлована. При этом определяют влажность, плотность сухого уплотненного грунта, форму и размеры уплотненной зоны и уширенного основания, а также отбирают монолиты уплотненного грунта с целью определения его прочностных характеристик ц и с.

На втором этапе опытных работ производятся испытания опытных фундаментов вертикальными и горизонтальными нагрузками.

Для вытрамбовывания котлованов трамбовка устанавливается по центру и осям будущего фундамента и трамбование производится последовательным сбрасыванием трамбовки по направляющей штанге с высоты 3--8 м. Высота сбрасывания трамбовки назначается такой, чтобы погружение трамбовки за один удар не превышало 0,15 глубины котлована, исключалось засасывание трамбовки, обеспечивалась сохранность стенок котлована и т.п. Для доуплотнения верхнего слоя дна котлована последний удар трамбовки делается с высоты около 1 м.

Засыпка и втрамбовывание жесткого материала в вытрамбованный котлован производится отдельными порциями из расчета заполнения котлована на 0,6--1,2 м по высоте и выполняется при поднятой трамбовке мерными емкостями (например, ковшом автопогрузчика). Каждая порция материала засыпается после втрамбовывания предыдущей порции до проектной глубины котлована или отметки, указанной в проекте. Жесткий материал втрамбовывается в дно котлована сбрасыванием трамбовки с высоты 4--8 м. При осыпании грунта со стенок котлована высота сбрасывания трамбовки снижается до 3--4 м. Втрамбовывание жесткого материала продолжается до тех пор, пока не будет погружен в грунт заданный в проекте объем материала. Втрамбовывание последней порции материала допускается прекращать, не доходя до проектной отметки, если после 12 ударов трамбовки понижение трамбуемой поверхности за 1 удар менее 3--4 см.

Смещение центров вытрамбованных котлованов от проектного положения не должно превышать 0,1 его ширины поверху или 0,05 при наличии стакана для установки колонны. При невыполнении этих условий перед сдачей котлованов производится соответствующая подрезка его боковых стенок вручную с удалением или доуплотнением осыпавшегося грунта на дно котлована. Приемка-сдача готовых котлованов под бетонирование фундаментов осуществляется отдельными захватками (секциями). Каждый котлован очищается от рыхлого и разуплотненного грунта на дне и стенках котлована и для исключения влияния атмосферных воздействий, а также с учетом требований техники безопасности закрывается крышкой.

Вытрамбовывание котлованов в зимнее время должно производиться при талом состоянии грунта при его природной влажности. При промерзании грунта на глубину более 30 см перед началом работ по вытрамбовыванию котлованов его оттаивают на всю толщу мерзлого слоя. Перед вытрамбовыванием котлованов снег и лед с поверхности грунта удаляются. При производстве работ по вытрамбовыванию котлованов и втрамбовыванию жесткого материала в дно котлована не допускается попадание в котлован комьев снега, льда, мерзлого грунта. Втрамбовывание жесткого материала в дно котлована в зимних условиях должно производиться сразу же после вытрамбовывания котлована, пока грунт не замерз. После втрамбовывания материала котлованы должны закрываться утепленными крышками с тем, чтобы сохранить талое состояние грунта на дне и стенках; котлованов до бетонирования фундаментов.

Глубинное уплотнение пробивкой скважин

Глубинное уплотнение грунтов пробивкой скважин (грунтовыми сваями) заключается в том, что в уплотняемом массиве пробивают ударным снарядом скважины с вытеснением грунта в стороны и созданием вокруг них уплотненных зон. Затем эти скважины засыпают местным грунтом с послойным уплотнением тем же снарядом. При расположении скважин на определенных расстояниях l, обычно изменяющихся от 2,5 до 5 диаметров скважины, получается массив уплотненного грунта, характеризующийся повышенными прочностными характеристиками и более низкой сжимаемостью. За счет частичного выпора грунта при пробивке скважин верхняя часть уплотненного массива, называемая буферным слоем, разуплотняется и перед закладкой фундаментов ее снимают или доуплотняют. Глубинное уплотнение пробивкой скважин применяется в просадочных лессовых и насыпных глинистых грунтах при степени их влажности 0,3--0,7.

Для пробивки скважин и уплотнения засыпаемого в них грунта применяются станки ударно-канатного бурения БС-1М или БС-2 и навесное оборудование к крану-экскаватору. Станки БС-1М имеют штангу (ударный снаряд) весом 28--32 кН с наконечником диаметром 325--425 мм и обеспечивают 44--52 удара в 1 мин с высоты 0,9--1,1 м, при которых достигается пробивка скважин диаметром 0,5--0,55 м и создается уплотненная зона радиусом 0,7--0,9 м.

Навесное оборудование к крану-экскаватору для пробивки скважин, близкое по конструкции к описанному выше, включает направляющую штангу и пробивной снаряд в виде штанги с наконечником диаметром 520--820 мм, весом 30--55 кН, сбрасываемый с высоты 4--10 м.



Расположение скважин (а) и разрез уплотненного массива (б) грунтовыми сваями: 1 - пробитые скважины; 2 -- уплотненные зоны вокруг скважин

При таком диаметре наконечника обеспечивается возможность пробивки скважин диаметром 0,7 -- 1 м и создания уплотненной зоны радиусом 1,2 -- 1,8 м.

Опытные работы по глубинному уплотнению пробивкой скважин выполняются перед началом производства работ с целью уточнения: расстояния между скважинами; расхода грунта для заполнения скважин; минимально допустимой степени плотности грунта в уплотненном массиве; технологии производства работ. Опытное уплотнение производится отдельными скважинами на глубину не менее 15 диаметров пробивного снаряда с закладкой контрольного шурфа для отбора проб на влажность и плотность грунта.