По принципу воздействия на грунт различают следующие основные группы машин для уплотнения:
а) укатывающие грунт воздействием статического давления — катки (гладкие, кулачковые, решетчатые и пневмоколесные);
б) уплотняющие грунт ударным воздействием — трамбовочные плиты, трамбующие машины и ручные механизированные трамбовки;
в) уплотняющие грунт воздействием вибрации с частотой, близкой к его собственным колебаниям, — вибротрамбовки (поверхностные вибраторы и вибромашины);
г) уплотняющие грунт комбинированным воздействием: вибрацией с укаткой, трамбованием с укаткой, вибрацией с гидронапором (виброфлотация) и др.

Рис. 2.31. Сменное планировочное оборудование одноковшового экскаватора:
а – скребок; б – ковш

При выборе и оценке грунтоуплот-няющих машин для определения условий работ необходимо учитывать следующие качественные показатели: технологичность, определяющую соответствие параметров рабочих органов и конструкции машин условиям работ и физико-механическим свойствам грунта; эффективность уплотнения, обеспечивающую определенную глубину проработки грунта и степень его уплотнения; производительность, определяющую необходимый темп работы; экономичность, отражающую сравнительную удельную металлоемкость и энергоемкость машин, стоимость единицы работ и т. п. В табл. 2.6 приведены сравнительные показатели Работы основных грунтоуплотняющих машин.

Укатка. При оценке степени уплотнения грунта следует иметь в виду Уплотняющий эффект, создаваемый самими землевозными средствами, при меняемыми при возведении земляных сооружений: скреперами, землевоза-ми, автосамосвалами, автогрейдерами и др. Он зависит от величины давления (размеров колес), числа проходов по одному месту, толщины отсыпаемого слоя и физико-механических свойств грунта. Так, при правильной организации работ, при отсыпке грунта тракторно-скреперными поездами слоями толщиной до 20 см и при 10—12 проходах по одному месту достигается достаточное уплотнение. Однако специально применять гусеничные тракторы для целей уплотнения, как это иногда имеет место, нерационально.

Самоходные и прицепные катки с гладкими вальцами имеют весьма ограниченное применение для послойного уплотнения насыпных связных грунтов, так как после нескольких проходов таких катков на поверхности образуется плотная корка, которая плохо связывается с последующими слоями грунта. Различие в плотности отдельных слоев грунта делает земляное полотно неоднородным и малоустойчивым. Несвязные песчаные грунты, особенно при малой влажности, вообще не поддаются укатке гладкими вальцами. Кроме того, такие катки даже при большой их массе малоэффективны, уплотняют грунт лишь на небольшую глубину (не более 20—30 см) вследствие малого давления на грунт. Поэтому катки с гладкими вальцами следует применять лишь для завершающего уплотнения насыпей, уплотнения земляных обочин и грунтовых дорог.

Широко применяют кулачковые катки ДУ-26, ДУ-32А и ДУ-ЗА. В начале укатки кулачки катка глубоко проникают в грунт и по мере его уплотнения выходят на поверхность, причем передаваемое давление по сравнению с давлением при первом проходе увеличивается в несколько раз. Если гладкие катки могут развить давление на грунт до 10 кгс/см2, то тяжелые кулачковые катки обеспечивают давление до 100 кгс/см2. Благодаря этому и своим динамическим свойствам кулачковые катки осуществляют качественную проработку уплотняемого слоя по всей его толщине. Поверхность грунта после уплотнения кулачковыми катками остается взрыхленной, и требуется последующее при-иенение пневмошинных катков или катков с гладкими вальцами.

Кулачковые катки следует применять при послойном уплотнении рыхло-отсыпанных связных грунтов на глубину 35—50 см. При работе на несвязных и песчаных грунтах уплотняющее действие таких катков незначительно. Следует отметить, что применение их обеспечивает наименьшую стоимость уплотнения.

Схему укатки кулачковыми катками выбирают в зависимости от условий работы и типа машин, отсыпающих земляное полотно. При уплотнении насыпей, ширина которых достаточна для свободных поворотов, может быть рекомендована кольцевая схема. Насыпь при этом уплотняют последовательными кольцевыми проходами катков от краев к середине,с перекрытием соседних полос на 20—25 см. В зависимости от условий работы для наиболее эффективного использования кулачковых катков ДУ-26 массой 9 т их следует сцеплять, как это показано на рис. 2.32; с трактором класса 3 тс по одному, с трактором класса [0 тс по два и три, с трактором класса 15 тс по четыре и пять.

Пневмоколесные катки хорошо уплотняют как связные, так и несвязные гРунты. Их успешно применяют при возведении насыпей, дамб и плотин, Не обязательно имеющих хорошо спланированную поверхность. Эти катки уплотняют грунт на глубину от 20 до 50 см в зависимости от массы катка при 4—8 проходах и не разрыхляют поверхность. Они обеспечивают хорошее формирование структуры уплотняемого грунта, их можно применять при производстве земляных работ в зимнее время.

В отличие от катков с гладкими вальцами и кулачковых процесс уплотнения пневмоколесными катками сопровождается постепенной деформацией грунта, что обеспечивает равномерную передачу давления на грунт. При перекатывании эластичного колеса по грунту последний находится в напряженном состоянии более длительно, чем под жестким вальцем, благодаря чему высокая степень уплотнения достигается меньшим числом проходов по одному месту. Эффективность уплотнения пневмоколесными катками зависит от массы катка, давления воздуха в шинах, их эластичности, формы и размеров.

Прицепные пневмоколесные катки ДУ-30, ДУ-39 весьма надежны и производительны. Схема их работы аналогична схеме, рекомендованной для кулачковых катков.

Трамбование наиболее эффективно при уплотнении связных и малосвязных грунтов как рыхлоотсыпанных, так и с ненарушенной структурой.

Рис. 2.32. Схема сцепки кулачковых катков ДУ-26 с гусеничными тракторами классов 3 тс (/), 10 тс (2 и 3) и 15 тс (4—5)

Широкое применение получили трамбовочные плиты в качестве сменного оборудования на одноковшовых экскаваторах и самоходных стреловых кранах, которые могут быть снабжены направляющими для плит и автоматическим устройством для их подъема и сбрасывания, а также приспособлением для синхронизации поступательного движения крана (экскаватора), поворота его стрелы и момента сбрасывания плиты. Эти устройства значительно увеличивают производительность уплотняющего агрегата и улучшают качество уплотнения.

Уплотнение плитами производится обычно последовательными ударами с одновременным поворотом стрелы крана или экскаватора. Ширина полосы трамбования зависит от вылета стрелы. Необходимо иметь в виду, что при повороте стрелы в каждую сторону (от оси движения) на 90° уплотнение грунта будет неравномерным (меньшим к середине и большим к краям) вследствие полного перекрытия полос у краев. Для предотвращения этого угол поворота стрелы должен быть ограничен до 45°, чтобы полосы трамбования сохраняли относительную параллельность. Перекрытие отдельных следов радиальных полос должно составлять 0,1—0,2 м. При повторных проходах радиальные полосы должны проходить по стыкам предыдущих, чтобы обеспечить более равномерное уплотнение грунта.

Опыт применения трамбовочных плит на экскаваторах рекомендует использовать их для уплотнения рых-лоотсыпанных связных и малосвязных грунтов на глубину 1—1,5 м в зависимости от массы и размера плит.

Трамбовочные плиты обычно изготовляют в виде отливок из чугуна или делают из бетона с соответствующим армированием. Плиты имеют массу 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 и 3,5 т с размерами оснований 70 X 70, 80 X 80 и 100 X 100 мм.

При определении опорной площади и массы плиты следует руководствоваться наивыгоднейшей величиной статического давления, которая составляет 0,25—0,30 кгс/см2.

Уплотнение плитами достигается при 4—6 проходах по одному месту и при высоте падения плиты 1,5—2 м. Плитами также хорошо уплотняется грунт с ненарушенной структурой, в частности, ложе каналов и водохранилищ; в этом случае грунт уплотняется на глубине 0,7—0,8 м.

Разновидностью трамбовочных плит являются вальцовые трамбовки, имеющие массу 2,5—3,5 т, которые используются в качестве сменного подвесного оборудования одноковшовых экскаваторов и самоходных стреловых кранов. Вальцовые трамбовки применяют для комбинированного уплотнения откосов насыпей и каналов трамбованием и укаткой. При 4—6 ударах (проходах) по одному месту достигается уплотнение слоя грунта 1—1,5 м.

Стоимость уплотнения трамбовочными плитами и вальцовыми трамбовками весьма высока, и поэтому применение их целесообразно лишь при необходимости производить уплотнение грунта на значительную толщину или в труднодоступных местах (пазухах искусственных сооружений, подходах к мостам на каналах и т. п.)

Самоходные молотковые трамбовочные машины ДУ-12 являются также эффективным средством уплотнения связных и малосвязных грунтов, как рыхлоотсыпанных, так и с ненарушенной структурой.

Следует отметить, что при уплотнении насыпей из связных грунтов прицепными пневмоколесными и кулачковыми катками уплотняется хорошо средняя часть насыпи, а края у бровки (вследствие трудности подхода к ним) не получают достаточного уплотнения, и при значительной осадке краев насыпи имеет место оползание откосов и даже появление трещин в насыпи. Трамбовочные машины благодаря своей мобильности и реверсивности обеспечивают хорошее уплотнение не только средней части, но и краев насыпи, а также насыпей при отсыпке земляных сооружений с головы (от себя) около мостов, в узких местах и т. д. Трамбовочная машина ДУ-12 обеспечивает большую ширину захвата (до 2,4 м), имеет высокую производительность, значительную толщину уплотнения (1—1,2 м) и невысокую его стоимость.

Для уплотнения связных и малосвязных грунтов в тесных и неудобных местах (в пазухах фундаментов, у подпорных стенок, около устоев мостов), при засыпке траншей после укладки подземных коммуникаций и при небольших объемах земляных работ целесообразно применять электрические и пневматические трамбовки с ручным управлением. Благодаря высокочастотному трамбованию эти трамбовки хорошо уплотняют предварительно спланированный грунт за 2—4 прохода по одному месту на толщину 25—30 см для легких трамбовок массой 40—60 кг и на 30—50 см для тяжелых трамбовок массой 150— 200 кг. Однако следует иметь в виду значительную стоимость такого уплотнения ввиду низкой производительности электротрамбовок.

Трамбовки взрывного действия и дизель-трамбовки имеют несколько большую производительность, однако они весьма сложны в эксплуатации и не применяются в отечественной практике.

Уплотнение вибрацией. Для уплотнения несвязных и малосвязных грунтов на глубину 0,5—0,6 м целесообразно применять прицепные виброкатки массой 3 т. При этом достигается высокое уплотнение (90% от стандартного) при 4—5 проходах по одному месту. Виброкатки обладают хорошей устойчивостью и могут работать на поверхности с неровностями 10—15 см, вследствие чего отпадает необходимость тщательной предварительной планировки. Подобные катки могут работать также на уклонах 0,30—0,35 с канатом от тракторной лебедки (рис. 2.33), что позволяет производить уплотнение откосов насыпей и особенно каналов.

Вибрационное уплотнение имеет значительные преимущества перед статическим. При одинаковой массе катков виброкатком можно уплотнять слой в 2 раза большей толщины, причем уплотнение достигается вдвое меньшим числом проходов, что увеличивает в 3—4 раза производительность.

Поверхностные вибраторы весьма эффективны при уплотнении рыхлоот-сыпанных грунтов, песчаных оснований и каменных набросок. Толщина уплотнения определяется мощностью вибраторов и величиной возмущающей силы. Высокий эффект дает также поверхностное вибрирование галечни-ковых грунтов на значительную глубину с помощью мощных площадочных вибраторов. При высоком качестве Уплотнения производительность поверхностных вибраторов, однако, невысока, что приводит к значительной стои мости уплотнения.

Гидровибрирование (виброфлотацию) применяют для уплотнения песчаных оснований под фундаменты и повышения несущей способности грунтов под различными инженерными и промышленными сооружениями. Совместное действие вибрации и воды способствует лучшему и быстрейшему уплотнению грунта. Для удобства работы глубинные гидровибраторы подвешивают к стрелам экскаваторов или кранов, на которых также могут монтироваться насосные установки для подачи воды. Уплотнение производят попеременным погружением и извлечением вибратора в различных точках поверхности уплотняемого грунта. Гидровибратор устанавливают вертикально, включают электродвигатель, и когда вода под давлением до 6 ат начнет подаваться в нижние сопла вибратора, производят его погружение в грунт (рис. 2.34).

Рис. 2.33. Схема уплотнения откосов насыпей виброкатком:
1 — виброкаток; 2 — канат; 3 — кронштейн с блоком; 4 — лебедка; 5 — трактор

Погружается гидровибратор на требуемую глубину уплотнения под действием собственного веса. Скорость погружения зависит от массы вибратора, плотности и гранулометрического состава грунта, давления и количества подаваемой воды и составляет обычно 1—2 м/мин. Во время погружения вибратора происходит уплотнение грунта, что вызывает его оседание и образование воронки диаметром 0,8—2,0 м (рис. 2.35). На требуемой глубине погружения подачу воды переводят в верхние сопла. Образовавшуюся вокруг вибратора воронку засыпают песком.

Извлекают гидровибратор с остановками через каждые 30—40 см при продолжающейся подаче воды в верхние сопла. Образовавшуюся вокруг вибратора воронку засыпают песком с помощью бульдозера. Если воронку своевременно не засыпать, то будет висимости от требований к плотности всего массива и его отдельных участков, исходя из того, что после каждого цикла работы вибратора образуется столб уплотненного грунта диаметром уменьшаться контакт вибратора с грунтом и сокращаться радиус его действия.

Рис. 2.34. Схема гидровибрационной установки:
1 — глубинный вибратор; 2 — шланг для подачи воды в нижнее сопло; 3 — шланг для подачи воды в верхнее сопло; 4 — экскаватор или кран; 5 — водяной насос; 6 — электростанция

Расположение точек погружения гидровибратора по площади уплотняемого массива грунта устанавливают в за-3 м и высотой, равной глубине погружения.

Промышленностью серийно выпускаются два типа глубинных гидровибраторов: В-158 и С-629.

Рис. 2.35. Схема уплотнения несвязных грунтов методом гидровибрации:
1 — начало погружения гидровибратора, вода подается в нижнее сопло; 2 — погружение; 3 — начало извлечения, вода подается в верхнее сопло, а отверстие засыпается песком; 4 — извлечение о остановками и засыпкой песком

Уплотнение дорожных покрытий

Различные покрытия уплотняют в основном самоходными катками статического и вибрационного действия. В зависимости от типа катка и типа покрытия условия работы (толщина уплотняемого слоя, число проходов по одному месту, скорость и направление движения катка) могут быть различными.

Наиболее широко применяют катки статического действия массой 6—8 и 10—13 т. При использовании указанных катков необходимо соблюдать следующий порядок работы.

1. Любые покрытия следует укатывать полосами, параллельными оси дороги, начиная от краев к ее середине.

2. При первых двух проходах каток должен захватывать также обочину, бордюрную отмостку или уложенную ограничительную доску на 1/3 ширины заднего вальца. При последующих проходах каток должен укатывать полосу, расположенную у оси дороги, перекрывая каждый раз предыдущую полосу на 1/3 ширины заднего вальца. После того, как будет укатана одна половина проезжей части дороги, приступают к укатке второй половины, повторяя весь процесс.

3. Число проходов катка по одному месту, потребное для полного уплотнения покрытия, устанавливают обычно пробной укаткой и вырубками образцов. Практически это число находится в пределах 10—15. Промышленность выпускает прибор для контроля степени уплотнения катками статического действия, с помощью которого можно определять окончание укатки, чем значительно повышается производительность катков.

4. Гравийную или щебеночную россыпь укатывают в один или два слоя. При двухслойном покрытии на песчаном основании уплотнение нижнего слоя и первичное уплотнение верхнего слоя производят катками массой 6—8 т.

5. Укатку следует производить на низших скоростях движения катка в целях равномерного уплотнения, наименьшего волнообразования перед передним (ведомым) вальцем и предотвращения образования трещин в.покрытии.

6. При уплотнении черного покрытия производят предварительную подкатку за 2—3 прохода катком массой 6—8 т, а окончательно уплотняют катками массой 10—13 т. При поверхностной обработке применяют катки массой 6—8 т.

7. При уплотнении асфальтобетона применяют обычно группу кат-ков: на один каток массой 6—8 т — два катка массой 10—13 т. Укатку, особенно верхнего слоя, начинают катком массой 6—8 т, который должен сделать 3—6 проходов по одному месту, после чего продолжают укатку катками массой 10—13 т.

При укатке асфальтобетона катки должны быть обязательно оборудованы приспособлением для смачивания вальцев. Для ликвидации рисок от продольной укатки трехвальцовыми катками и получения ровного покрытия, особенно при укатке широких дорог, проездов улиц и площадей, применяют двухвальцовые двухосные катки (тандем) массой 9—12 т. Для окончательного уплотнения асфальтобетонных покрытий и получения ровного высококачественного покрытия применяют трехвальцовые трехосные катки (триплекс) массой 15—18 т.

Широкое распространение получили виброкатки, в первую очередь для уплотнения асфальтобетонных покрытий. Отечественная промышленность выпускает виброкатки массой 1,5— 1,7 и 6—8 т. Эти катки значительно эффективнее катков статического действия, более производительны, ма-невренны и менее металлоемки. Виброкаток массой 1,5—1,7 т заменяет обычный каток массой 6—8 т, а виброкаток массой 6—8 т заменяет каток массой до 20 т. Качество уплотнения виброкатками значительно выше, чем катками статического действия.

Широкое применение нашли универсальные пневмоколесные самоходные катки ДУ-31А и ДУ-29 массой соответственно 16 и 30 т для уплотнения грунтовых, гравийных и щебеночных оснований, при грунтосмеше-нии и для уплотнения асфальтобетона. Особенностью этих катков является гидромеханическая, плавная трансмиссия, возможность изменения давления в шинах в пределах до 10 кгс/см2 с места водителя, наличие гладких шин и системы их смачивания, легкое гидравлическое управление и автоматическая заправка топливом и водой.

Трамбовочные машины

Тракторная трамбовка (рис. 5.9) предназначена для послойного уплотнения свежеотсыпанного и предварительно спланированного грунта на горизонтальных участках при строительстве насыпей, дамб, плотин, подходов к мостам, аэродромов и других технических сооружений. Трамбовка является навесным оборудованием, которое монтируется на тракторе Т-130, оснащенном ходоуменьшителем.

Машина состоит из двух трамбующих плит, поочередно поднимаемых канатами с помощью переднего трехступенчатого редуктора, который приводится в движение от переднего конца коленчатого вала двигателя трактора с помощью карданного вала, фрикционной муфты сцепления, кри-вошипно-полиспастного механизма, передней и задней подвесок, ходо-уменьшителя и рычагов управления.

Основной рабочий орган трамбовки — трамбующая плита — состоит из чугунного основания, пружинного амортизатора и коуша, к которому крепится канат. Амортизатор служит для смягчения рывков, возникающих при подъеме плиты и при подвешивании ее в транспортное положение, и имеет стакан, с помощью которого он крепится к основанию плиты, шток с резьбовым концом, пружину и опорную шайбу. К верхнему концу штока приварен кронштейн, с помощью которого в транспортном положении плита подвешивается на крюк. К кронштейну шарнирно крепится коуш. Осью шарнира коуша является срезной палец, предохраняющий канат от обрыва при резких рывках при работе на неспланированном грунте, падении плиты ниже гусениц трактора более чем на 0,5 м, неправильной запасовке каната и т. п. От проворачивания вокруг оси шток удерживается стопором, конец которого входит в продольный паз стакана.

Рис. 5.9. Трамбовочная машина Д:471:
1 — трактор Т-100; 2 — карданный вал; 3 — редуктор; 4 — кривошип; 5 — полиспаст

Редуктор отбора мощности состоит из конической и двух цилиндрических зубчатых передач. К нижнему фланцу корпуса редуктора крепится болтами корпус муфты сцепления. Редуктор устанавливается на передней подвеске посредством хомутов. Реактивный крутящий момент, возникающий при работе редуктора, уравновешивается задней опорой.

Муфта сцепления — непостоянно замкнутого типа, фрикционная сухая двухдисковая, с ручным рычажным управлением служит для передачи крутящего момента двигателя к редуктору отбора мощности и плавного включения и выключения трансмиссии. Передний конец вала муфты опирается на шарикоподшипник с защитной шайбой, расположенной в ступице ведущего барабана. Второй конец вала также опирается на шарикоподшипник.

Карданный вал, используемый от автомобиля ГАЗ-51, соединяется с передним концом коленчатого вала двигателя трактора с помощью перехода ного фланца. Другой конец вала соединяется с фланцем вала муфты сцепления.

Кривошипно-полиспастный механизм служит для подъема и сброса плит. Он состоит из двух эксцентриковых механизмов, установленных по концам выходного вала редуктора, и системы блоков, образующих два четырехкратных канатных полиспаста.

Передняя подвеска служит для присоединения к трактору редуктора отбора мощности, который крепится хомутами. В верхней части подвески находятся четыре заключенных в обоймы неподвижных канатных блока полиспаста. К стойкам подвески приварены скобы с отверстиями, позволяющими регулировать величину резервной длины каната.

Задняя подвеска предназначена для направления движения плит во время их подъема и сброса и для подвешивания плит в транспортное положение. Для направления движения плит служат специальные трубчатые телескопические штанги, закрепленные на траверсе подвески в специальных стаканах с резиновыми амортизаторами.

В конструкции машины предусмотрен специальный ходоуменьшитель, входной вал которого приводится в движение от вала отбора мощности трактора. Выходной вал ходоуменьшителя с помощью торсиона соединен с промежуточным валом коробки передач трактора.