Характеристика грунтов и методы мж уплотнения

В процессе строительства различ­ного вида земляных инженерных со­оружений возникает необходимость их уплотнения. Уплотнением предотвра­щаются осадки и сдвиговые деформа­ции земляного сооружения. В гидро­технических земляных сооружениях уплотнение, кроме этого, является так­же эффективным средством снижения фильтрации воды.

С позиций уплотнения грунт сле­дует рассматривать как сложную трех­фазную систему. Она состоит:

из различного размера связанных между собой минеральных частиц, сос­тавляющих его скелет;

воды, находящейся в свободном со­стоянии, а также адсорбированной ми­неральными частицами и химически связанной с ними;

воздуха, заполняющего свободное пространство между частицами.

В зависимости от прочности свя-

зей 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. Поэтому уплотнение гру­нта при строительстве инженерных зе­мляных сооружений обязательно.

Плотность грунта оценивается сте­пенью его уплотнения, которая харак­теризуется отношением практически полученной в сооружении плотности скелета грунта 6,,_р при данной его вла­жности к стандартной плотности 8_СТ, полученной в лабораторных условиях в приборе стандартного уплотнения Союздорнии по ГОСТ 22733—77 и вы­ражается в процентах

е = бпр/бст.

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.

Один из наиболее распространен­ных методов определения плотности и влажности грунтов путем отбора проб представлен в-ГОСТ 5180—84.

Уплотнение грунтов следует произ­водить при влажности, близкой к опти­мальной. Допускаемая влажность (в долях от оптимальной) приведена в табл. 6.1.

Некоторые переувлажненные грун­ты не поддаются уплотнению и требу­ют просушивания, а грунты с малым содержанием влаги необходимо пред­варительно увлажнять.

В строительной практике известны три основных метода уплотнения грун­тов: статическая укатка, ударное трам­бование и вибрирование. Благодаря стремлению повысить эффективность уплотнения за последние десятилетия возникли уплотняющие машины, рабо­тающие по принципу вибрационной укатки и частоударного трамбования, а также комбинированного воздейс­твия.

В соответствии с этим грунтоуп-лотняющие машины подразделяются на машины статического, ударного, вибрационного и комбинированного действия, которые в зависимости от способа их перемещения по уплотняе­мому материалу выполнены как при­цепные или самоходные, а также, как навесное оборудование к базовым ма­шинам.

По виду рабочего органа уплотня­ющие машины подразделяются на ти­пы:

катки статические и вибрационные с гладкой, кулачковой и решетчатой металлической обечайкой и катки пневмоколесные;

трамбующие машины на базе гусе-

6.1. Рекомендуемая влажность грунта при егоуплотнении

ничных 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 гидравлического экскаватора вместо его ковша.

Внутри каждого из типов уплотня­ющие машины 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 технического задания на проекти­рование уплотнителя. Так например, для дорожного прицепного кулачково­го катка установлен индекс ДУ-26А, что означает:

ДУ — дорожный уплотнитель; 26— порядковый номер по реестру при ре­гистрации технического задания напроектирование катка; А — порядко­вая буква алфавита, после первой мо­дернизации катка.

Принятая индексация не отража­ет ни типа, ни конструктивного устрой­ства, ни параметров машины.

Выбор способа уплотнения и соот­ветствующей ему машины, ее типораз­меры определяются конкретными усло­виями строительства.

6.2. Область применения

Конкретные условия строительства земляного сооружения (разновидность и способ отсыпки грунта, размеры стро­ительной площадки, тип сооружения и требования к нему, а также темпы, сроки, время года и погодные условия) определяют рациональный выбор уп­лотняющего средства.

Дорожные катки. К числу наиболее распространенных в строительстве уп­лотняющих средств относятся дорож­ные катки, которые необходимы в до­рожном, аэродромном, гидротехничес-

ком, промышленном и гражданском строительстве, а также при ремонте и реконструкции промышленных объек­тов для послойного уплотнения связ­ных и несвязных грунтов, щебеночных, грунтоцементных, битумоминеральных нижних и верхних слоев (толщиной 20 см и более) дорожных оснований и уплотнения уложенных слоем толщи­ной до 10...15 см асфальтобетонных смесей в дорожных покрытиях.

Из большого разнообразия подле­жащих уплотнению катками матери­алов и специфических условий работ по уплотнению вытекает необходи­мость применения катков различного назначения, типов и типоразмеров с различными видами рабочих органов (с гладкими, кулачковыми и решетча­тыми металлическими вальцами и кат­ков на пневмоколесах).

Изменяющиеся в процессе уплотне­ния физико-механические свойства ма­териалов требуют применения катков с различными удельными давлениями, а также катков статического, вибраци­онного и комбинированного воздейс­твия на уплотняемый материал.

Особенности строительных условий требуют применения катков как само­ходных, обеспечивающих челночное движение, так и прицепных — более прочных и дешевых в эксплуатации, когда имеется возможность произво­дить развороты катка на обратный ход.

Это разнообразие катков нашло отражение в «Типаже катков для дорожных и строительных работ на период до 2000 года», (рис. 6.1), в котором предусмотрен как серийный выпуск, так и перспективное освоение необходимого количества типоразме­ров катков.

Внедрение на самоходных катках гидрообъемных трансмиссий и шар-пирно-сочлененных рам позволяет пу­тем широкой унификации, агрегатиро­вания и модульного принципа проек­тирования обеспечить выпуск 14-и ти­поразмеров катков.

Типаж предполагает основание са-

исходных катков на основе выпуска пяти базовых моделей; гладковальцо-вого массой 8,.,10 т (тип 5); к одноос­ному тягачу массой 12...13 т (тип 10); к одноосному тягачу массой 16 т (тип 12); комбинированного действия массой 16т (тип 14); к одноосному тя­гачу массой 25 т (тип 16).

На основе этих пяти базовых мо­делей путем замены рабочих органов создаются 14 моделей катков, за ис­ключением двух типоразмеров малога­баритных катков массой 0.8...1 т для стесненных условий работы, вибро­катка массой 1,5...2,2 т и 4...6 т для ремонта и реконструкции промышлен­ных объектов.

Освоение базовой модели массой 8...10 т дает возможность получить: каток комбинированного действия пу­тем замены одного вибровальцана ряд пневмоколес (шины 250...508) (тип 6); каток статический пневмоколесный пу­тем замены на базовой модели обоих вальцов на пневмоколеса (тип 7); ка­ток статический трехвальцовый трех­осный путем введения дополнительно­го вальца (тип 8); каток статический трехвальцовый двухосный путем ис­пользования унифицированных моду­лей катка массой 8...10 т (тип 9).

Использование силового пневмоко-лесного шасси трактора Т-150К дает возможность получить на базе вибро-катков массой 12...13 и 16 т к одноос­ному тягачу с гладкими вибровальца­ми (тип 10, 12) кулачковые виброкат­ки (тип 11 и 13).

Освоенная базовая модель комби­нированного катка массой 16т (тип 14) путем замены вибровальца на ряд при-груженных колес дает возможность получить унифицированный с ним пневмоколесный каток массой 20 т (тип 15), а виброкатка массой 25 т (тип 16) заменой гладкого виброваль­ца на кулачковый или решетчатый -кулачковый или решетчатый виброкат­ки (типы 17 и 18).

Прицепные статические катки на пневмоколесах и катки с кулачковой или решетчатой металлической обе-

чайкой относятся к простым и надеж­ным уплотняющим средствам и рабо­тают в сцепе с базовым тягачем, кото­рый в случае необходимости, может быть использован с другой машиной. Уплотняющий эффект при их примене­нии достигается за счет перекатыва­ния пригруженного балластом рабо­чего органа (пневмоколес, кулачково­го или решетчатого вальца) по поверх­ности грунта.

Статическое воздействие этих кат­ков обусловливает малую глубину про­работки грунта, поэтому при их приме­нении требуется послойная отсыпка насыпей (слоем не более 0,25...0,3 м) и планировка поверхности грунта.

Катки являются многопроходными машинами, т. е. уплотнение грунта ими достигается за счет многократных проходов катком по одному следу, для чего требуется его реверсивные движе­ния или развороты на обратный ход. Ввиду этого использование прицепных катков целесообразно в том случае, когда ширина насыпи или уплотня­емой ими площадки допускает их развороты в сцепе с тягачом на обрат­ный ход. В случае применения этих ма­шин на узких насыпях (шириной по 6... ... 8 м) требуется устройство специ­альных съездов и заездов с насыпи для осуществления разворотов катка в сцепе с тягачом.

Пневмоколесные катки эффективно используются на всех разновидностях грунта при соблюдении заданной тол-шины его отсыпки.

В случае устройства насыпей из комковатых грунтов или грунтов со смерзшимися комьями (в зимнее вре­мя) для их дробления в процессе уп­лотнения рекомендуется применять ку­лачковые и решетчатые катки при по­следующем завершении процесса уп­лотнения тяжелыми пневмоколесными катками.

Кулачковые катки создают боль­шую удельную нагрузку на грунт и за счет внедрения в его массив кулачков большую, чем пневмокатки, глубину проработки слоя грунта, поэтому их

6.1. Типаж катков для дорожных и строительных работ до 2000 г.

рекомендуется использовать также па СНиП 3.06.03-85 (автомобильные до-
послойном уплотнении тяжелых связ- роги) уплотнение рыхлых глинистых
ных грунтов. грунтов следует производить послойно
Так, например, по рекомендациям при толщине отсыпки не более 0,3...0.35 м

н начинать, как правило, кулачковыми решетчатыми катками или катками на пневматических шинах с неполной бал­ластировкой (массой 10...16 т) и за­канчивать— катками на пневматичес­ких шинах массой 25 т и более или са­моходный вибрационными катками массой 16 т и более.

Прицепные и самоходные вибро­катки предназначены для уплотнения преимущественно несвязных грунтов, где их эффективность значительно вы­ше, чем на связных грунтах.

Больший, чем при статической укатке эффект уплотнения по глубине проработки слоя грунта от применения виброкатковдостигается тем, что за счет передаваемой от вибровальца массиву грунта вибрации приводятся в колебательное движение его частицы, нарушаются связи между ними, что способствует их взаимному перемеще­нию и, в конечном счете, повышается эффективность уплотнения. По срав­нению со статической укаткой, вибро­укатка при одинаковой массе катка обеспечивает в 2...3 раза большую глу­бину проработки несвязного грунта за меньшее (в 3...4 раза) число проходов. Учитывая изложенное, катки вибра­ционного действия целесообразно при­менять на уплотнении несвязных грун­тов, отсыпаемых слоем толщиной до 0,6...0,8 м, когда требуется высокая производительность укатки. Однако при этом следует иметь в виду, что по сравнению с.о статическим катком, виброкаток имеет более сложную кон­струкцию, стоимость его машино-сме-ны значительно выше, а ресурс маши-"ны меньше.

Самоходные виброкатки оснаща­ются гладким, кулачковым, а также решетчатым вибровальцом. Область их применения с тем или иным видом рабочего органа аналогична области применения катков прицепных с той лишь разницей, что самоходные катки обладают, по сравнению с прицепными, более высокой маневренностью и мо­бильностью. Для выполнения челноч­ных реверсивных движений этими ма-

шинами не требуются широкие площа­ди, поэтому они широко применяются на линейных работах при строитель­стве дорожных насыпей, дамб и пло­тин.

Трамбующие машины. Уплотнение грунта этими машинами осуществля­ется за счет ударного воздействия сво­бодно падающей плиты или груза.

В управляемых вручную трамбов­ках удар производится трамбующим башмаком, приводимым от электри­ческого или бензинового двигателя по­средством кривошипно-шатунного ме­ханизма. В трамбовках на базе гидро­молотов, навешиваемых на стреле гидравлических экскаваторов, ударное воздействуие осуществляется через трамбующую пяту, вмонтированную в гидромолот вместо его клина.

Благодаря ударному воздействию эта группа машин обеспечивает высо­кую эффективность уплотнения по глу­бине слоя, как на связных, так и на не­связных грунтах. Трамбующие маши­ны со свободнопа дающимиплитами рекомендуется применять при сосредо­точенных работах на уплотнении тяже­лых связных грунтов (подъезды к мос­там, места вблизи опорных стен и дру­гих инженерных сооружений, а также ответственные насыпи и дамбы). Трам­бующие машины обеспечивают прора­ботку тяжелого суглинистого грунта, отсыпаемого слоями толщиной до 0,8... 1,2 м и более.

Управляемые вручную трамбовки и трамбовки на базе гпдромолотов к экскаваторам применяются при уплот­нении грунтов в стесненных условиях строительства (при обратной засыпке траншей, котлованов, пазух фундамен­тов, вблизи колон, опор и др.).

При обратной засыпке глубоких траншей и котлованов, когда имеется опасность обрушения стен траншей, рекомендуется применять трамбовки на базе гидромолота к гидравлическо­му экскаватору. В этих же случаях применяются также и навесные на стреле гидравлического экскаватора виброушютнителй.

Самопередвигающиеся навесные к базовым шасси виброплиты относятся к машинам вибрационного действия. Их применение эффективно на уплот­нении преимущественно несвязных грунтов. При использовании таких ма­шин на уплотнении связных грунтов их эффективность по глубине резко сни­жается. Высокая маневренность и ма­лые габариты самопередвигающихся виброплит делает эти машины незаме­нимыми при уплотнении грунтов в сте­сненных условиях строительства.

Навесные к базовым шасси вибро­плиты предназначены для уплотнения тонких слоев грунта и гравийно-щебе-ночных материалов оснований дорог.