Строительные машины и оборудование, справочник







Уплотнение грунтов машинами

Категория:
   Механизация дорожных работ


Уплотнение грунтов машинами

Под воздействием механических нагрузок происходит сближение частиц грунта, вытеснение воздуха и влаги, уменьшение его пористости. Благодаря этому увеличиваются объемная масса грунта, его плотность и несущая способность.

По принципу действия машины для уплотнения можно разделить на вибрационные, статические, трамбующие и комбинированные. К Машинам вибрационного действия относятся вибрационные катки — самоходные и прицепные с гладкими металлическими и кулачковыми вальцами, самопередвигающиеся виброплиты, прицепные, крановые и ручные, многосекционные уплотнители на гусеничном и колесном ходу. К машинам статического действия относятся прицепные, полуприцепные и самоходные катки. Рабочим органом этих машин служат пневматические шины или металлические (гладкие) кулачковые, решетчатые и другие вальцы. К машинам ударного действия относятся трамбовочные на гусеничном и колесном ходу со свободно падающим рабочим органом или рабочим органом принудительного действия (активного действия), а также ручные трамбовки — пневматические, электрические и взрывные. Имеются машины с комбинированными методами уплотнения: укаткой и трамбованием (катки с падающими грузами), виброударные и другие.

Степень плотности грунта, которая должна быть достигнута в результате машинного уплотнения, — это такая плотность, при которой прекращаются дальнейшие осадки земляного полотна от нагрузок и увлажнения. Степень плотности будет тем выше, чем меньше объем воздуха в грунте (но не менее 4—6%’), а влажность в пределах оптимальной. Плотность — масса единицы объема, т. е. отношение покоящейся массы к ее объему р =771/1/. Максимальную плотность определяют прибором Союздорнии.

Необходимую плотность устанавливают по СНиПу.

Уплотнение катками — наиболее простой и достаточно производительный способ, стоимость уплотнения которыми значительно ниже, чем другими машинами. Ввиду этого он является наиболее распространенным способом уплотнения грунта. К числу его недостатков надо отнести невозможность в ряде случаев уплотнить грунты слоями большой толщины, а также необходимость в достаточном фронте работ.

Ширина участков должна допускать повороты катков вместе с тягачом.

Катки с гладкими барабанами и на пневматических шинах пригодны для уплотнения связных и несвязных грунтов,, кулачковые могут в основном уплотнять только связные грунты. Эффект уплотнения в большой степени зависит от правильного выбора параметров катков. Их нужно выбирать применительно к свойствам тех грунтов, для уплотнения которых тот или иной тип катка предназначен.

Еще раз следует отметить, что уплотнение, особенно связных грунтов, в условиях, когда W>W0, вообще нецелесообразно ввиду абсолютной неэффективности этого процесса.

Рациональные режимы работы катков с гладкими вальцами требуют подкатки — предварительного уплотнения грунтов более легкими катками и оптимальных скоростей движения катков. При уплотнении рыхлых грунтов легкими катками прорабатывается сравнительно нетолстый слой, но верхняя часть его доводится до высокой плотности. При следующих проходах более тяжелого катка ввиду наличия плотной верхней части погружение вальца в грунт уменьшается, благодаря чему на поверхности увеличивается удельное напряжение (давление). На очень рыхлых грунтах непосредственное применение тяжелого катка вследствие сильного волнообразования неэффективно, а в ряде случаев невозможно. Таким образом, преимущество подкатки вполне очевидно.

(Исследования и производственный опыт позволяют сделать некоторые рекомендации в части режима работы .всех катков.. Катки должны быть подобраны таким образом, чтобы при последовательном вводе их в работу не возникало слишком резкого повышения напряжения на поверхности* грунта. Если не соблюдать это условие, переход на более тяжелый каток влечет за собой осадки грунта и связанные с этим переформирование его структуры и эффект от подкатки уменьшается. При уплотнении грунтов, требующих большого количества проходов по одному следу; эффект от подкатки повысится, если этот процесс будет осуществляться не одним, а несколькими легкими катками. При последовательной замене одного катка другим должна соблюдаться постепенность возрастания их линейных давлений. При такой системе уплотнения напряжение на поверхности будет постепенно повышаться до конечной величины, определяемой выбранным для данных условий типом тяжелого катка.

Уплотняя грунты с предварительной подкаткой более легкими катками, нужно 30—40% потребного количества проходов сделать по одному следу. Важное значение имеет скорость уплотнения. Под рациональным скоростным режимом работы катков понимают такое сочетание скоростей движения на различных стадиях, при котором без снижения качества уплотнения грунтов достигается максимальная выработка катков. Первый проход каток совершает на малой скорости. Этим обеспечивается лучшая ровность поверхности слоя, которая сохраняется и при последующих проходах.

Рис. 8.26. Схемы уплотнения грунтов катками. Цифрами показана очередность проходов катка (номера проходов)

Так как первый проход требует максимального тягового усилия, при таком режиме лучше используется мощность тягача. За последующие проходы на высокой скорости происходит уплотнение и доведение грунта до значений, близких к оптимальным. Два последние прохода, как правило, производят на малой скорости (не выше 2—2,5 км/ч), доводя плотность грунта до оптимальных значений и повышая модуль деформации, тем самым улучшая структуру грунта. Рациональный скоростной режим уплотнения связных грунтов может дать экономию до 30—40% общей стоимости уплотнения, а также примерно в 2 раза повысить выработку катков.

Грунт укатывают по кольцевой схеме (рис. 8.26) с постепенным смещением от обочин к оси дороги. При этом должно быть обеспечено перекрытие следа уплотняющей машины для обеспечения равномерности уплотнения.

В отличие от катков с гладкими вальцами воздействие кулачковых катков характеризуется большим удельным давлением, кото- – рое по своей величине значительно превосходит пределы прочности грунтов. Ввиду этого кулачковые катки эффективны на уплотнении связных грунтов, особенно комковатых, и мало эффективны при уплотнении несвязных грунтов, где отдельные частицы перемещаются в сторону и вверх, что влечет за собой разрушение структуры.

Кулачковые катки особенно эффективны, когда грунты в начале уплотнения достаточно рыхлы, что обеспечивает проработку всей толщины слоя и нарастание плотности действительно идет снизу вверх. Кулачковые катки малопригодны, например, для уплотнения сравнительно плотных грунтов.

Решетчатые катки по сравнению с кулачковыми на 20—30% менее металлоемки. Вальцы этих катков выполняют из решетки, изготовленной методом плетения из круглой прутковой стали. Катки эффективны при уплотнении связных и несвязных грунтов, особенно таких, которые содержат твердые включения (крупнообломочные грунты, мерзлые комья и др). Ввиду больших контактных давлений при работе катка происходит дробление как мерзлых комьев, так и других крупных включений, что способствует лучшей упаковке грунта, т. е. значительно повышает качество уплотнения.

Для выбора массы катка, G для уплотнения различного грунта можно воспользоваться формулой (8.17], которая пригодна только при работе катка на грунтах, где отдельные крупные включения не превышают 5—10 см. Если; необходимо дробление мерзлых кусков грунта, то массу катка, рассчитанную подформуле, следует увеличить в 1,3—1,5 раза.

При двухсекционном катке L0 равна удвоенной ширине одного – вальца.
Для малосвязных грунтов — пески, супеси, в том числе пылева- тые <тр=3—6; группы средней связности (суглинки) 6—8 и высокой связности (тяжелосуглинистые) — 8—15 кгс/см2.

Универсальны для уплотнения катки на пневматических шинах. Ими послойно уплотняют грунты, улучшенные вяжущим и гранулометрическими добавками, основания и покрытия капитального и облегченного типов. На катках установлены шины низкого давления с регулируемым давлением. Рисунок их может быть узорчатый или гладкий для уплотнения оснований и покрытий из укрепленных грунтов или асфальтобетонных покрытий. Эффективность катков на пневматических шинах во многом зависит от выбора их параметров. Только при этих условиях можно добиться высокой выработки и значительно снизить стоимость уплотнения. К основным параметрам катков относятся: давление сжатого воздуха в шинах, масса катка, потребное нисло проходов по одному следу, оптимальная толщина уплотняемого слоя грунта. Вследствие сжатия шин в рабочем секторе катки характеризуются большим временем действия нагрузки, чем катки с гладкими вальцами. Большая площадь контакта шин с грунтом (рис. 8.27) обеспечивает уплотнение на значительную глубину. Пневматические шины дают возможность получить оптимальные режимы напряжений благодаря’ изменению давления воздуха с учетом грунта. Эластичность пневматических шин обеспечивает равномерное распределение напряжений на поверхности грунта в конце уплотнения. Вви- зу указанных преимуществ требуется меньше проходов по одному следу, чем катками с гладкими вальцами и кулачковыми; уплотняют они грунт на большую глубину. Катки на пневматических шинах универсальнее, так как могут использоваться для уплотнения различных грунтов, в то время как область применения других катков ограничена.

Рис. 8.27. Схема распределения вертикальных напряжений от массы катков:
а — под гладким вальцом катков; б — под пневматическим; <р — угол контакта; о — вертикальные напряжения (кгс/см2)

С целью обеспечения равномерного уплотнения грунтов, гравий- но-щебеночных материалов, асфальтобетона, имеющего температуру 120—140°, успешно применяют шины радиальной конструкции, в каркасе и брекере которых применен металлокорд разрывной прочностью нити 165 кгс. Для того чтобы обеспечить максимальную ширину площади контакта и равномерное удельное давление на укатываемую поверхность, шины имеют увеличенную ширину беговой дорожки без рисунка, уменьшенную кривизну профиля протектора. Уплотняемая поверхность получается ровной, а нужная степень уплотнения достигается за меньшее число проходов по одному следу.

Примерное число проходов катка по одному следу для связных грунтов пять-шесть, для несвязных три-четыре, грунтов, обработанных вяжущим — четыре-пять.

Уплотнение грунта трамбованием происходит за счет энергии падающей массы — рабочего органа, трамбующей машины. В момент соприкосновения падающей массы с грунтом за очень малый промежуток времени возникают очень большие напряжения. Трамбованием можно уплотнять связные и несвязные грунты. Большим преимуществом этого способа является возможность уплотнения слоев большой толщины, в силу чего этот способ является единственно целесообразным для уплотнения грунтов зимой. Однако трамбование — дорогой способ.

Уплотнение грунтя вибрированием и вибротрамбованием производится при помощи поверхностных или глубинных виброуплотнител)ей. В процессе^уплотнения рабочий орган машины располагается; внутри уплотняемого слоя или на его поверхности. Масса вибратора приводится в колебательное движение механизмом эксцентрикового типа. За счет развившейся кинетической энергии в колебательное движение вводится и расположенная вблизи вибратора масса грунта. В зоне действия вибратора в частицах грунта развиваются инерционные силы, величина которых прямо пропорциональна их массам. Из-за разности масс в местах контактов частиц возникают напряжения, нарушается связь между ними, происходит их относительное перемещение. Оно наступит тем скорее, чем больше разница масс частиц и слабее силы связей между ними. Несвязные и слабосвязные грунты, включающие частицы различной крупности со слабыми связами, успешно уплотняются вибрированием. Связный грунт с большими связями между отдельными частицами, как правило, вибрированием не уплотняют. При вибрировании значительное количество частиц находится в состоянии относительных перемещений. При таких перемещениях более крупные частицы проходят больший путь, что приводит к более плотной упаковке, т. е. уплотнению грунта.

Глубинные вибраторы целесообразны только в высоких насыпях и при наличии воды, которую нужно непрерывно подавать под работающий вибратор. Поэтому на дорожных работах в основном используют только поверхностные вибраторы.

Вибрационные машины пригодны только1 для уплотнения несвязных и малосвязных грунтов. Вибротрамбующие машины от вибрационных отличаются высокой амплитудой колебаний, ввиду чего происходит их периодический отрыв от уплотняемой поверхности и последующие удары о нее. Вибротрамбующими машинами можно уплотнять несвязные грунты; связные грунты уплотняются этими машинами лучше, чем вибрационными, но оптимальной плотности достигают лишь в самом верхнем слое. Вибрационными машинами можно весьма эффективно уплотнять щебеночные и гравийные основания.

К комбинированным методам уплотнения относится вибростатический каток, у которого передний валец вибрирующий, а задний (ведущий) на пневмошинах.

Контроль качества уплотнения. Важным элементом в обеспечении высокого качества земляного полотна, а значит, и всей дорожной одежды, является строгий контроль уплотнения. Кроме традиционных трудоемких и длительных лабораторных методов широко внедряются в практику строительства экспрессные методы контроля: радиометрические (радиоизотопные), звуковые, ультразвуковые. При работе с радиоизотопными приборами следует выполнять требования «Санитарных правил работы с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений» и «Правил перевозки радиоактивных веществ». Персонал, занятый на выполнении работ, должен сдать экзамен по охране труда руководителю работ.

Плотность грунта определяют методами гаммоскопическим и рассеянного у-излучения. Для определения влажности применяют нейтронный метод.

Для послойного определения плотности грунтов до глубины 1,5 м прибегают к радиометрическим измерениям плотности грунта просвечиванием пучком у-кван- тов. Метод основан на ослаблении интенсивности пучка у-квантов при прохождении через слой вещества разной плотности. Проходя через вещество, у-кванты в основном взаимодействуют с электронами, передавая им всю или часть своей энергии. Измерение плотности производится по двум схемам, которые различаются по принципу регистрации узкого и широкого пучка у-лучей. При использовании узкого пучка регистрируют только у-кванты, не взаимодействовавшие со средой при прохождении их от источника до детектора (рис. 8.28, а). При широком пучке детектор регистрирует у-кванты как не взаимодействующие со средой, так и испытавшие комптоновское рассеяние (рис. 8.28, б). Датчики для определения плотности состоят из источника излучения и детектора газоразрядного или сцинтилляционного счетчика у-квантов.

Применение большей активности не рекомендуется по условиям охраны труда.

Плотность измеряют на глубине 1п до 1,5 м путем параллельного опускания или поднятия источника и детектора ло высоте исследуемого слоя и в поверхностных слоях толщиной 20—60 см. Использование на практике узкого пучка затруднено из-за сложности измерений. Для этой цели пригоден широкий луч.

Рис. 8.28. Экспрессные методы контроля плотности грунта радиоизотопными приборами:
1 — источник уиз лучения; 2 — детектор; 3 — исследуемый грунт; 4 — свинцовый контейнер с узким цилиндрическим отверстием (коллиматором); 5 — свинцовый экран с коллиматором; 6 — рассеянное излучение; 7 — детектор; 8— источник узлучения; 9 — эмитерит (или катодный выпрямитель); 10 — детектор; 11 — гильза; 12 — источник быстрых нейтронов; 13 — обсадная труба

Рис. 8.29. Контроль плотности грунт методом «Бегущей волны»:
1 — высокочастотные преобразователи; геофон; 3-адаптер; 4 – узкополосный усилитель; 5-ЭЛТ; 6-генератор метки; 7 — генератор механических колебаний; 8 — мощный усилитель; 9 – генератор; 10 – настроенный усилитель

Намерение плотности грунта методом рассеянного излучения производится радиометрическими приборами, в которых источник и детектор квантов разделены свинцовым экраном, поглощающим прямое у-излучение. Детектор регистрирует в основном излучение, рассеянное средой, контактирующей с прибором. При измерении плотности грунта пользуются функциональной зависимостью между регистрируемой интенсивностью у-излучения и плотностью среды (грунта). График этой зависимости приведен на рис. 8.29. Такие графики строят для каждого прибора в отдельности. Различают датчики для измерения поверхностных слоев и для определения плотности в скважинах (рис. 8.28, г, д).

Нейтронный метод основан на определении влажности грунтов радиометрическим способом по регистрации тепловых, надтепловых или захватного уизлучения, а также по степени ослабления пучка быстрых нейтронов. Этим методом можно измерять влажность грунтов в естественном залегании (см. рис. 8.31, г) и насыпных до глубины 20—30 м (см. рис. 8.28, д), изучать режим влажности грунта. Измерение производится датчиками, содержащими источник быстрых нейтронов и детектор, регистрирующий тепловые (надтепловые) нейтроны или захватное излучение, либо и то и другое вместе. При измерениях влажности пользуются функциональной связью между водосодержанием среды, которое в основном зависит от влажности, и регистрируемой плотностью тепловых (надтепловых) нейтронов «ли захватного уизлучения. Быстрые нейтроны, испускаемые источником в окружающую среду, испытывают соударения с ядрами химических элементов и рассеиваются, передавая им свою энергию. После многократных столкновений нейтроны замедляются до скорости теплового движения. Из всех химических элементов, входящих в состав, наиболее сильным замедлителем является водород. Для замедления быстрых нейтронов на атоме водорода требуется 19 столкновений, в то же время на ядрах других элементов — в десятки раз больше. Тепловые нейтроны диффундируют в среде и затем захватываются ядрами элементов среды, что сопровождается испусканием у-квантов захватного излучения. В результате замедления и диффузии вокруг источника образуется поле тепловых нейтронов. Чем выше влажность среды, тем меньше линейные размеры этого поля и больше его плотность.

Для оценки качества уплотнения грунта можно использовать метод «Бегущей волны». Его разработал и применил для оценки модулей упругости дорожных одежд проф. А. К. Бируля в 1938 г. Дальнейшую успешную разработку этого метода выполнил канд. техн. наук И. В. Защук. Метод позволяет определить прочностные характеристики, степень уплотнения грунтов земляного полотна и грунтов, укрепленных вяжущим, модули упругости конструктивных слоев дорожных одежд. Основой метода является возбуждение различных типов продольных и поперечных акустических волн в испытуемом слое или конструкции. Меняя их частоту и зная скорость распространения, можно определить различные физико-механические свойства разнообразных материалов.


Читать далее:

Категория: - Механизация дорожных работ





Главная → Справочник → Статьи → Форум



Разделы

Строительные машины и оборудование
Для специальных земляных работ
Дорожно-строительные машины
Строительное оборудование
Асфальтоукладчики и катки
Большегрузные машины
Строительные машины, часть 2,
Дорожные машины, часть 2
Ремонтные машины
Ковшовые машины
Автогрейдеры
Экскаваторы
Бульдозеры
Скреперы
Грейдеры Эксплуатация строительных машин
Эксплуатация средств механизации
Эксплуатация погрузочных машин
Эксплуатация паровых машин
Эксплуатация экскаваторов
Эксплуатация подъемников
Эксплуатация кранов перегружателей
Эксплуатация кузовов машин
Крановщикам и стропальщикам
Ремонт строительных машин
Ремонт дорожных машин
Ремонт лесозаготовительных машин
Ремонт автомобилей КАмаЗ
Техническое обслуживание автомобилей
Очистка автомобилей при ремонте
Материалы и шины

 

Поиск по сайту:


Статьи по теме::
Документация на ремонт дорожных машин
Механизированные средства для выполнения работ по техническому обслуживанию и ремонту
Хранение и консервация дорожно-строительных машин
Парки дорожно-строительных машин
Система планово-предупредительного ремонта дорожно-строительных машин
Топливо, смазочные материалы для дорожно-строительных машин
Транспортирование дорожно-строительных машин
Подготовка дорожно-строительных машин к эксплуатации
Приемка-передача дорожно-строительных машин
Cистемы автоматики дорожных машин


Остались вопросы по теме:
"Уплотнение грунтов машинами"
— воспользуйтесь поиском.


Машины городского хозяйства
Естественная история машин
Транспортная психология
Пожарные автомобили
Автомобили-рефрижераторы
Монтаж и эксплуатация лифтов
Тракторы