Машины для уплотнения грунтов

Уплотнение грунта это процесс его необратимого деформирования путем внешнего силового воздействия. Масса грунта уменьшается в объеме за счет удаления из его пор свободной воды и воздуха, а его плотность повышается. Степень уплотнения грунта оценивают коэффициентом уплотнения, равному отношению фактической плотности к ее максимальному стандартному значению, определенному специальным прибором. В зависимости от ответственности земляного сооружения коэффициент уплотнения назначают от 0,9 до1.

Все процессы уплотнения грунтов в строительстве полностью механизированы. Их выполняют с помощью машин и оборудования. Его классифицируют по: характеру силового воздействия на грунт и по способу перемещения рабочего органа относительно уплотняемой зоны грунта (рис. 7.17).

По первому признаку различают машины: статического (укатка); динамического (трамбование и вибротрамбование) и комбинированного действия.

По второму признаку различают самоходные, прицепные и полуприцепные орудия, перемещаемые тягачем; машины с навесными рабочими органами и оборудование, перемещаемое за счет импульсивных реактивных сил в результате наклонного силового воздействия на грунт (виброплиты).

Рекомендуется двухстадийное уплотнение: предварительное – легкой машиной и окончательное – тяжелой.

Для уплотнения грунтов укаткой применяют прицепные, полуприцепные, самоходные катки с гладкими, кулачковыми, решетчатыми вальцами, пневмокатки. На рис. 7.18. показан прицепной каток с металлическими гладкими вальцами.

Рис. 7.18. Прицепной каток с металлическими вальцами:

1-пустотелый валец цилиндрической формы; 2-рама; 3-дышло; 4-сцепное устройство; 5-торцевые щипы (валец соединен с рамой через подшипники на торцевых щипах); 6-люк с балластом (песком) для массы; 7-скребок для очистки вальца от налипшего грунта к обечайке вальца.

Вальцы бывают с кулачками в шахматном порядке, привариваемые для укатки грунта на больших площадях используют сцепы из двух-пяти и более катков, объединенных траверсами (рис. 7.19.).

Рис. 7.19. Сцепы катков с трактором - тягачом

Гладкие катки уплотняют грунты слоями 0,15-0,2м. Скорости проходки 1,5-2,5км/ч на первом и двух последних проходах, 8-10км/ч на промежуточных.

Кулачковые катки эффективны только для уплотнения рыхлых связных грунтов.

Решетчатые катки применяют для уплотнения комковатых и переувлажненных связных, разрыхленных мерзлых и скальных крупнообломочных грунтов.

Обечайки таких катков изготавливают из прутков в виде решетки с квадратными ячейками. Внедряясь в грунт прутками, решетчатые катки уплотняют его, начиная с глубинных слоев (рис. 7.20.).

Рис. 7.20. Решетчатый каток

Прицепной пневмоколесный каток состоит из рамы с дышлом и сцепным устройством, соединенных с тягачом, четырех, пяти пневматических колес, соединенных с рамой одной осью или через балансиры и балластных ящиков. Их применяют для уплотнения грунтов, гравийных и щебеночных оснований, черных смесей асфальтобетона. За 5-10 проходов при скорости 11-15 км/ч достигается требуемая степень уплотнения. Используют автомобильные шины для малосвязных и среднесвязных грунтов, авиационные шины – для тяжелых суглинков и глин высокой связности.

Самоходные пневмоколесные катки разделяют по массе на легкие (10-15т), средние (20-30т), тяжелые (40-50т).

Группу грунтоуплотняющих машин и оборудования динамического действия представляют трамбовочные и вибротрамбовочные машины, виброплиты и виброкатки.

Трамбующие рабочие органы в виде чугунных железо-бетонных плит (круглые, квадратные) навешивают на одноковшовые экскаваторы и другие машины. Масса 1,5-0,8т, площадь опорной поверхности – 1 м2, высота подъема – 1,2-2м; количество ударов 3-6, глубина уплотнения – 0,8-1,5м. Продолжительность рабочего цикла 12-20 секунд. Невысокая производительность. Применяется ограничено в местах труднодоступных для других машин.

Самоходные трамбовочные машины на базе трактора состоят из двух чугунных плит массой 1,3 т каждая. Перемещаются по направляющим за 3-6 ударов по одному месту уплотнение на глубину 1,2м при скорости передвижения 160-320м/ч.

Виброплиты применяют для уплотнения несвязных и малосвязных грунтов на ограниченных поверхностях(рис. 7.21).

Рис. 7.21. Одномассная (а) и двухмассная (б) виброплиты.

Грунт уплотняют плитой-поддоном 1, которому сообщаются колебания от двухдебалансного вибратора 2. Его устанавливают на поддон, а двигатель 5 на поддоне или на специальном подрамнике 4, опирающемся на поддон через пружины (резиновые амортизаторы) 3. Первую схему называют одномассной, вторую – двухмассной. Виброплиты производительностью 300-900 м3/ч массой 0,15-1,4 т уплотняют грунт на глубину 0,3-1 м.

Ударно-вибрационный способ. Вибротрамбовочное оборудование на базе гусеничного трактора. Вибрационные катки с гладкими решетчатыми вальцами, внутри которых вмонтирован вибратор направленных колебаний, применяют для уплотнения малосвязных грунтов. Эффективность вибрационного воздействия снижается с увеличением содержания в грунте глинистых частиц, поэтому для таких грунтов рекомендуется применять тяжелые катки.

Техническая производительность машин для уплотнения грунтов определяется (м³/ч):

- для грунтоуплотняющих непрерывного действия:

, (7.19)

где В – ширина полосы уплотнения (ширина катка, сцепа, виброплиты, трамбющей машины);

b – ширина перекрытия смежных полос (0,1-0,15м);

h – толщина слоя уплотнения (в характеристике оборудования);

v– скорость движения;

z – необходимое число проходов по 1 месту (от вида грунта).