Производство земляных работ машинами

4.4 Технологические схемы работы автогрейдеров

Автогрейдерами можно возводить насыпи высотой до 0,75 м из боковых резервов, если их высота не будет меняться на протяжении участка, обрабатываемого за один прием.

Резание и перемещение грунтов производят средними и тяжелыми автогрейдерами, нередко с предварительным рыхлением грунта сельскохозяйственными плугами или кирковщиком на автогрейдере. В последнее время автогрейдеры стали комплектоваться оборудованием рыхлителя. После отсыпки насыпи откосы и обочины отделывают бульдозером, автогрейдером. При больших объемах работ целесообразно разделить функции: резание производить тяжелым автогрейдером, все остальные процессы - средним. Длина захватки зависит от выработки автогрейдеров и с учетом количества работающих машин может быть от 500 до 1 500 м в смену. Технология возведения насыпи из боковых резервов показана на рис. 39.

Технологический процесс выполнения работы состоит из ряда последовательных операций: зарезания грунта, поперечного его перемещения, послойного разравнивания.

Разработку резерва начинают от внутренней бровки. Перемещение грунта осуществляется за несколько проходов; эта операция наиболее трудоемкая, она составляет до 75 % от общего числа проходов. Поэтому иногда производят два зарезания, после чего выполняют перемещение этого грунта, затем вновь два зарезания и перемещение и т. д. Укладку грунта производят одним из двух способов: в полуприжим (вразбежку) и вприжим. Оба эти способа не обеспечивают равномерного слоя и его качественного уплотнения. Грунт, надвинутый автогрейдером, необходимо немедленно разравнивать, не допуская складывания в виде кучек и валов.

Зарезание грунта выполняют на I передаче автогрейдера половиной длины ножа при наибольшей толщине срезаемой стружки, а перемещение и разравнивание - на II и III передачах по возможности всей длиной ножа.

На рис. 40 приведена технологическая схема одной из возможного множества работ, которые может выполнять автогрейдер, - вырезания корыта в земляном полотне с сооружением полуприсыпных обочин. Корыто вырезается за 13 кольцевых движений автогрейдера (т. е. в сумме за 26 проходов туда и обратно).

Рис. 39. Технологическая схема возведения насыпи автогрейдером (ведущая машина): I и III - проходы по зарезанию; II и IV - проходы по перемещению вырезанного грунта в насыпь



Рис. 40. Технологическая схема вырезания корыта в суглинистых грунтах с началом работ от оси дороги



5. ГИДРОМЕХАНИЗАЦИЯ РАЗРАБОТКИ ГРУНТОВ

5.1 Условия производства работ и эффективность гидромеханизации

Способ гидромеханизации земляных работ основан на размыве грунта водой, перемещении его в виде взвешенных частиц при определенной скорости течения, укладке в необходимом месте путем снижения скорости течения настолько, что частицы грунта начинают оседать. Гидромеханизацию применяют при наличии определенных условий: достаточных объемов воды вблизи объектов работ и благоприятных грунтовых условий - легкоразмываемых и быстроосушаемых песчаных или супесчаных грунтов. Стоимость работ путем гидромеханизации может быть значительно меньше, чем при применении бульдозеров, скреперов или экскаваторов, а выработка на одного рабочего намного больше, чем при ведении работ этими машинами. Однако ее целесообразно применять лишь на крупных объектах земляных работ (годовой объем больше 100 тыс. м³) в связи с применением специального оборудования, которое не может быть использовано на других видах работ.

Эффективность гидромеханизации в значительно большей степени, чем экскаваторных работ, зависит от геологических (грунтовых) и климатических условий. Так, увеличение содержания гравия в песке с 5 до 40 % снижает эффективность экскаваторных работ не более чем на 5 %, а гидромеханизированных - вдвое. Экономическая эффективность гидромеханизации определяется также наличием в районе производства работ дешевой электроэнергии, расход которой составляет 5-10 кВт-ч на 1 м³ грунта. Гидромеханизация может быть эффективна в случаях, когда нет притрассовых карьеров для сухой отсыпки земляного полотна. С помощью гидромеханизации грунт может быть извлечен из русел рек или из других водоемов и уложен в виде резервов для последующего транспортирования его другими средствами.

Для сооружения земляного полотна автомобильных дорог по способу гидромеханизации применяют песчаные (гравелистые, крупные, средней крупности и мелкие пески) и глинистые грунты (легкие, тяжелые и пылеватые супеси).

Лучшими считают песчаные грунты всех видов, при этом чем они крупнее, тем эффективнее применение гидромеханизации.

Смесь разрушенного грунта или породы с водой называется гидросмесью. Эффективность оборудования и машин гидравлической разработки грунта зависит от концентрации гидросмеси. В ее составе должно содержаться много твердых частиц. Для этой цели консистенцию гидросмеси регулируют в области входа грунта во всасывающую трубу и по пути транспортирования. Консистенция гидросмеси на всасывающей трубе землесоса зависит от ее заглубления в грунт и скорости передвижения. Регулирование гидросмеси при транспортировке осуществляется сгустителями, которые повышают консистенцию гидросмеси путем отвода некоторого количества осветленной воды.

5.2 Классификация способов гидромеханизации и области их применения

Для производства земляных работ с помощью гидромеханизации существуют три способа:

1) разработка грунта в карьерах напорной струей воды из гидромонитора;

2) разработка грунта под водой плавучим землесосным снарядом с применением механических или гидравлических рыхлителей;

3) разработка грунта “сухим” способом экскаваторами, а транспортирование в виде гидросмеси с помощью передвижных землесосных установок.

Гидромониторную разработку грунта применяют в сухих карьерах или выемках с отметками на уровне или выше горизонта воды и водоисточника. В некоторых случаях для разработки верхней необводненной части выемки применяют гидромониторы, нижней обводненной - плавучие землесосные снаряды.

Землесосные установки применяют для разработки грунта под водой (плавучие земснаряды) или для подачи в напорный трубопровод гидросмеси, полученной от размыва грунта гидромониторами.

5.3 Гидромониторная разработка грунта

Струи воды для разрушения грунтов и горных пород создаются гидромониторами. Гидромонитор состоит из нижнего неподвижного колена, верхнего колена, которое вращается вокруг вертикальной оси благодаря шарнирному устройству, ствола, имеющего возможность отклоняться от горизонтальной плоскости вверх и вниз при помощи вертикального шарового шарнира. На конец ствола навинчивается насадка, формирующая вытекающую из гидромонитора струю. Управление стволом монитора осуществляется при помощи рычага-водила либо механических или гидравлических передач.

От насосной станции 8 (рис. 41, а) первого подъема через высоконапорную станцию 7 подается вода по трубопроводу 6 к работающим гидромониторам 4. Для транспортировки гидросмеси применяют землесос - центробежный грунтовый насос 5, предназначенный для перекачки гидросмеси. Гидросмесь поступает в землесос по всасывающей трубе и подается в напорный трубопровод 3 для транспортировки на карту намыва 2 и намывную насыпь 1 и распределяется разводящими грунтопроводами 9.



Рис. 41. Гидромеханический способ разработки грунтов: а - общая схема гидромеханизации; б - способы разработки грунта гидромониторами: I - встречным забоем; II - попутным забоем; 1 - намывная насыпь; 2 - карта намыва; 3 - трубопровод гидромассы; 4 - гидромонитор; 5 - землесос; 6 - трубопровод напорной воды; 7 и 8 - насосные станции низко- и высоконапорная

При гидромониторной разработке размыв грунта осуществляют по двум основным схемам: с размывом в целике и после предварительного рыхления. Несвязные и малосвязные грунты (песок, супесь, легкий суглинок, песчаная глина) разрабатывают по первой схеме, связные (плотный суглинок, тощая и полужирная глины, песчано-гравийные грунты) - по второй. Грунт в целике можно разрабатывать встречным, попутным и попутно-встречным забоями.

При встречном забое (рис. 41, б) направление струи воды и потока гидросмеси не совпадают. Гидромонитор располагают на подошве забоя, и грунт размывается выше подошвы. Транспортирование гидросмеси от забоя к зумпфу (яме) обеспечивается уклоном, скатывающим разрабатываемый грунт. При этом способе эффективно используется разрушительная сила струи. Напорная струя создает врубы, благодаря чему интенсивно обрушивается грунт и облегчается его последующий размыв. Встречным забоем можно разрабатывать плотные грунты при меньшем расходе воды. Недостаток способа - в удаленности гидромонитора от забоя по требованиям охраны труда. Во влажных грунтах при встречном забое затруднены передвижка гидрооборудования и уборка недомыва.

При попутном забое направления струи воды и потока гидросмеси совпадают, гидромонитор устанавливают на верхней площадке. Транспортирование гидросмеси от забоя к зумпфу не требует больших уклонов. При этом способе гидромонитор и водоводы находятся на сухом месте и легко перемещаются; струя воды используется не только для размыва, но и для подгонки размытого грунта к приемным устройствам. К недостаткам попутного забоя следует отнести неполное использование ударной силы водяной струи, большой удельный расход воды и малую эффективность обрушения забоя.

Попутно-встречным забоем (комбинация первых двух) размывают крупный песок и песчано-гравелистые грунты, когда требуется частая подгонка грунта. При разработке грунта гидромониторами для перемещения гидросмеси от забоя к зумпфу необходим уклон уступа, что всегда ведет к недомыву грунта.

Гидросмесь, полученную при разработке грунта гидромониторами, можно транспортировать самотеком по канавам или лоткам непосредственно к месту укладки грунта, если местный рельеф позволяет обеспечить необходимый уклон и скорость течения, при которых не будет происходить оседания частиц грунта.

Минимальный уклон для песчаных грунтов - от 35 до 100 ‰ , для супесчаных - от 30 до 50 ‰ .

При неблагоприятных условиях рельефа и при разработке грунта со дна водоемов гидросмесь подают по трубопроводу под напором, который рассчитан исходя из обеспечения минимально необходимой критической скорости течения. Критической скоростью течения гидросмеси в трубопроводе называется такая, которая обеспечивает взвешенное состояние всех частиц грунта в движущемся по трубе потоке.

Величина критической скорости находится в прямой зависимости от крупности и плотности транспортируемых частиц грунта. Для обеспечения необходимой скорости землесос и насосная перекачивающая станция должны создавать соответствующий напор. Считают, что напор, развиваемый землесосным снарядом, должен на 5 % превышать все потери напора в трубопроводах.

При ручном управлении гидромониторы в забое расставляют с учетом безопасного расстояния от гидромонитора до забоя

,

где - высота уступа (забоя); - коэффициент приближения, зависящий от свойств грунта (0,9-1,1 - для глинистых грунтов, 0,8- 1,0 - для суглинистых и 0,4-0,3 - для песчаных).

При гидромониторном способе разработки грунта решающее значение имеет интенсивность размыва, которую определяют количеством воды, расходуемой на 1 м³ разрабатываемого грунта. Интенсивность размыва зависит от характера месторождения, связности и крупности частиц и зерен разрабатываемого грунта; высоты забоя, давления у насадки гидромонитора, расхода воды через насадку в единицу времени. Расход воды зависит от напора, размеров и характеристики насадки:



,

где - коэффициент расхода, равный 0,92-0,96; - площадь поперечного сечения насадки, м²; - ускорение силы тяжести, м/с²; - напор перед насадкой, м.

Для размыва и транспортирования крупных и среднезернистых грунтов расход воды составляет примерно 4-6 м³ воды на 1 м³ грунта при давлении 0,3-0,4 МПа.

Автоматизация гидравлических процессов сводится к дистанционному управлению поворотом ствола в горизонтальной и вертикальной плоскостях, передвижению гидромонитора к забою, автоматическому покачиванию ствола в горизонтальной плоскости на любой угол и дистанционному управлению сменой насадок.

При централизованном управлении полным комплексом машин технологического процесса, включающим гидромонитор, землесос, насосную станцию и перекачивающие станции, на пульте дистанционного управления достаточно установить соответствующие кнопки, связанные с пусковой аппаратурой землесоса и насосных станций. Путем нажатия кнопки включают двигатель вакуум-насоса, посредством которого удаляется воздух из всасывающего трубопровода и корпуса центробежного насоса. Под атмосферным давлением вода заполняет насос и задвижки напорного трубопровода и вода по напорному трубопроводу поступает к источникам потребления. Контроль запуска насосного агрегата осуществляет также реле времени. Пуск и остановка насосной станции тесно увязаны с работой гидромониторных и землесосных установок. Поэтому управление насосной станцией осуществляется с землесосной станции или из диспетчерского пункта. Принцип автоматического управления землесосной установкой такой же, как и насосной станцией. Схема дополняется только устройством, поддерживающим постоянную консистенцию гидросмеси.

5.4 Технология намыва насыпей и разработки выемок

Земляное полотно намывают участками протяженностью 150 -200 м, называемыми картами намыва. Ширину карт по основанию берут не больше 50 м. Технологический процесс состоит из трех операций: подачи гидросмеси к карте намыва, выпуска смеси на эту карту, сброса воды с нее. Намыв возможен торцовый, продольно-встречный и с рассекателем струи (рис. 42). Широкое распространение в гидромеханизации получил способ намыва грунта с рассекателем. Сброс воды производят с использованием сбросных колодцев или трубчатого водоотлива.

Эффективно применение гидромеханизации при постройке земляного полотна на торфяных болотах. Размыв на болотах I типа производят гидромониторами, а гидросмесь перекачивают передвижными землесосными установками в отвал. Размывают встречным или попутным способами, но с расположением гидромониторов на верху траншей. На болотах II и III типов разжижение торфяной массы в пределах основания насыпи производят посредством гидромониторов попутным или встречным забоем. Разжиженный торф из траншеи не удаляют, а отжимают грунтом насыпи в боковые прорези, сделанные гидромонитором перед намывом насыпи. Оригинален способ замены торфяных грунтов на болотах песчаными намывными грунтами. При этом используют кран-экскаватор на болотных (уширенных) гусеницах, к стреле которого подвешивают в вертикальном положении трубу, присоединенную верхней частью к трубопроводу для гидросмеси через резиновый шланг на шарнирных стыках. Это позволяет перетаскивать трубопровод вслед за продвижением крана без остановки земснаряда. Намывную трубу постепенно погружают в торфяной грунт, вытесняя торф песком, содержащимся в гидросмеси.



Рис. 42. Способы намыва насыпей:

а - торцовый; б - продольно-встречный; в - с рассекателем;

1 - намывной трубопровод; 2 - сбросный трубопровод; 3 - кран-трубоукладчик; 4 - бульдозер; 5 - подготовленные звенья труб; 6 - обвалование; 7 - магистральный трубопровод; 8 - сальниковый компенсатор; 9 - трубопровод гидросмеси на смежной карте; 10 - колено; 11 - сбросный колодец № 1; 12 - сбросный колодец № 2; 13 - контур намыва

5.5 Охрана природы при производстве работ

Гидромеханизированные работы должны быть обеспечены надежными источниками водоснабжения. Возможность использования рек с небольшими расходами воды или малых водоемов должна устанавливаться водохозяйственным расчетом с учетом санитарного минимума потребности в воде нижерасположенных районов, потерь на фильтрацию, испарение и насыщение грунта. Нельзя затоплять и подтоплять населенные пункты, промышленные предприятия, дороги, а также земли, используемые для сельского хозяйства или занятые лесом. Мероприятия по очистке и осветлению сбрасываемой воды, а также спуск ее в реки и водоемы проводят только с разрешения органов по регулированию, использованию и охране вод после согласования с органами, осуществляющими санитарный надзор, охрану рыбных богатств, и другими заинтересованными органами.



6. УПЛОТНЕНИЕ ГРУНТОВ МАШИНАМИ

6.1 Понятие об уплотнении грунтов

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

6.2 Классификация способов уплотнения и машин

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 трамбующие на гусеничном и колесном ходу со свободно падающим рабочим органом принудительного (активного) действия, а также ручные трамбовки - пневматические, электрические и взрывные. Имеются машины комбинированного уплотнения: укаткой и трамбованием (катки с падающими грузами), виброударные и другие.

6.3 Параметры технологии уплотнения грунтов

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 . Максимально возможную плотность определяют прибором СоюзДорНИИ.

Необходимую плотность устанавливают по СНиПу. Требуемая (т. е. необходимая) плотность грунтов (оптимальная плотность) находится в зависимости от величины их максимальной плотности, определяемой методом стандартного уплотнения (СоюзДорНИИ):

,

где - коэффициент оптимальной плотности, =0,95- 1,00; - объемная масса скелета грунта, соответствующая максимальной плотности.

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

Ширина участков должна допускать повороты катков вместе с тягачом.

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

6.4 Параметры, режимы и технология уплотнения катками с гладкими вальцами

Толщину слоя уплотнения (м) катками с гладкими вальцами можно определить по формуле

,

где и - действительная и оптимальная влажности грунта, %; - вес катка, Н; - радиус вальца, м; - величина полной деформации грунта, кН/м³; - ширина вальца, м.

Коэффициент учитывает уменьшение оптимальной толщины слоя грунта. Он имеет смысл при .

,

где - статический модуль полной деформации грунта, кН/м² (для связного грунта - (15-20)10³, для несвязного - (10-15)10³); - диаметр штампа, м.

Более простые формулы:



- для связных грунтов;

- для несвязных грунтов.

Здесь - удельное линейное давление по длине вальца, кН/м.

Еще раз следует отметить, что уплотнение, особенно связных грунтов, в условиях, когда , 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 напряжение (удельное 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 дать 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 и связанные с этим переформирования его структуры и эффект 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.

Важное значение имеет скорость движения катка при уплотнении. 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 каток выполняет работу на малой скорости. Этим обеспечивается большая ровность поверхности слоя, которая сохраняется и при последующих проходах. Так как первый проход требует максимального тягового усилия, при таком режиме лучше используется мощность тягача. За последующие проходы на более высоких скоростях происходит уплотнение и доведение грунта до состояния, близкого к оптимальному. Два последних прохода, как правило, производят на малой скорости (не выше 2,0- 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. 43) с постепенным смещением от обочин к оси дороги. При этом должно быть обеспечено перекрытие следа уплотняющей машины для обеспечения равномерности уплотнения.



Рис. 4 Схема уплотнения грунтов катками (цифрами показаны номера проходов катка в соответствии с их очередностью)

6.5 Параметры, режимы и технология уплотнения кулачковыми катками

В отличие от катков с гладкими вальцами воздействие кулачковых катков характеризуется большим удельным давлением, которое по своей величине значительно превосходит пределы прочности грунтов. Ввиду этого кулачковые катки эффективны на уплотнении связных грунтов, особенно комковатых, и малоэффективны при уплотнении несвязных грунтов, где отдельные частицы перемещаются в сторону и вверх, что влечет за собой разрушение структуры. При движении кулачкового катка хорошо уплотняется часть грунта, расположенная ниже погружения кулачков. Верхняя часть может быть уплотнена лишь при отсыпке нового слоя грунта. В связи с интенсивным уплотнением части слоя грунта и повышением несущей способности заглубление кулачков постепенно уменьшается. Поэтому на легких и средних катках толщина верхней неуплотненной части слоя грунта сравнительно невелика и составляет 4-6 см. Оптимальную толщину слоя грунта (м), которую может уплотнить кулачковый каток, определяют по формуле

,

где - длина кулачка, м; - максимальный поперечный размер опорной части кулачка, м, ; - толщина уплотняемого слоя грунта в плотном теле, м; - глубина, на которой нижний ранее уплотненный слой остался разрыхленным (0,05 м).

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. Опыт эксплуатации показывает, что для достижения грунтом оптимальной плотности достаточно однократного перекрытия всей поверхности слоя кулачками. При этом условии необходимое количество проходов по одному следу определяют по формуле

где - поверхность вальца, см²; - опорная поверхность кулачка, см²; - общее число кулачков; - коэффициент, учитывающий неравномерное перекрытие поверхности кулачками (= 1,3).

6.6 Параметры, режимы и технология уплотнения решетчатыми катками

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 определения веса катка (кН) для уплотнения различных грунтов можно воспользоваться формулой Н. Я. Хархуты, которая пригодна только при работе катка на грунтах, где отдельные крупные включения не превышают 5-10 см. Если необходимо дробить мерзлые куски грунта, то вес катка, рассчитанный по формуле, следует увеличить в 1,3-1,5 раза:

,

где - поправочный коэффициент; - предел прочности грунта, кН/м²; - поперечный размер окна решетки (просвет), м; - ширина вальцов, м; - диаметр прутка, из которого изготовлена решетка вальца.

При двухсекционном вальце равна удвоенной ширине одного вальца.

Для малосвязных грунтов - песков, супесей, в том числе пылеватых, - 300-600 кН/м², для грунтов средней связности (суглинков) - 600-800 и высокой связности (тяжелосуглинистых) - 800- 1 500 кН/м².

6.7 Параметры, режимы и технология уплотнения пневмоколесными катками

Универсальными средствами для уплотнения грунтов являются 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 воздуха. Протектор шины может быть в виде узорчатого рисунка или гладким. Такие шины могут применяться 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, вес катка, потребное число проходов по одному следу, оптимальная толщина уплотняемого слоя грунта. Вследствие сжатия шин в рабочем секторе катки характеризуются бульшим временем действия нагрузки, чем катки с гладкими вальцами (рис. 44). Большая площадь контакта шин с грунтом 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. Ввиду 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. 44. Схема распределения вертикальных напряжений от веса катков: а - под гладким вальцом катка; б - под пневматической шиной катка; - угол контакта; вертикальные напряжения (МПа)

Для нормальной работы катка должна быть достаточна сила тяги для преодоления всех сопротивлений. Важнейшими показателями, определяющими рациональное применение катков на пневматических шинах, являются их выработка и стоимость работ по уплотнению:

,

где - длина укатываемого участка, м; - ширина укатываемой полосы, м; - величина перекрытия, м (=0,2-0,3); - оптимальная толщина слоя грунта в плотном теле, м; - коэффициент использования машинного времени катка (0,80-0,85); - рабочая скорость катка, м/ч; - время на поворот катка в конце участка (0,02 ч); - необходимое число проходов по одному следу.

С целью обеспечения равномерного уплотнения грунтов, гравийно-щебеночных материалов, асфальтобетона, имеющего температуру 120-140 C, успешно применяют шины радиальной конструкции, в каркасе и брекере которых применен металлокорд разрывной прочностью нити 1 650 МН/м² (165 кг/мм²). 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.

Оптимальную толщину уплотняемого слоя (м) определяют по различным формулам. Для связного грунта рекомендуется формула

,

где - коэффициент жесткости пневматической шины; , - фактическая и оптимальная влажности грунта, %; - вес катка, Н; - давление воздуха в шине, МН/м² = МПа:

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,15

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



6.8 Параметры, режимы и технология уплотнения трамбованием

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.

В качестве навесного оборудования на кранах или экскаваторах применяют трамбующие плиты. Они являются одним из наиболее эффективных средств уплотнения насыпей на глубину до 1,5 м, пригодны для работы в связных и несвязных грунтах. Трамбующие плиты изготовляют размерами 0,6; 1,0 и 1,5 м² массой от 1,5 до 2,5 т. Глубина уплотнения соответственно составляет от 0,6 до 1,5 м, а высота падения - 1-2 м. Во избежание повреждения сооружений уплотнение плитами следует производить на расстоянии не менее 2-3 м от опор. Первые 2-3 м над трубами необходимо уплотнять легкими трамбовками или катками.

Пневматические и электрические трамбовки могут быть легкими массой 0,1-0,2 т и тяжелыми - от 0,5 до 1,5 т, уплотняющими на глубину соответственно 20-30 и 40-90 см.

Самоходные трамбующие машины могут быть снабжены рядом молотков массой от 0,28 до 1,50 т, падающих с высоты 50-250 см. Ширина уплотняемой полосы - от 1,8 до 3,0 м, рабочая скорость - от 200 до 400 м/ч. Они уплотняют грунт на глубину от 60 до 100 см. Производительность самоходных трамбующих машин - 200-500 м³/ч.

При трамбовании необходимо соблюдать два условия: наибольшее измерение поперечного разреза трамбовки должно быть больше ( - толщина уплотняемого слоя); удельный импульс при оптимальной влажности грунтов должен быть не ниже показанного на рис. 45.

Рис. 45. Необходимый удельный импульс при трамбовании:

1 - несвязные грунты; 2 - связные грунты

Удельным импульсом (МПа) называют величину

, МПа

где - общий вес трамбовки, Н; - ускорение силы тяжести, м/с²; - высота падения, м; - площадь контакта, м²; - время удара, с.

При удельных импульсах, превышающих показанные на рис. 45, возможно разрушение грунта у поверхности. При удельном импульсе менее 0,01 МПа для связных грунтов и 0,006 МПа для несвязных требуется для уплотнения более шести-семи ударов.

Глубину активной зоны при уплотнении грунта трамбованием, по данным Н. Я. Хархуты, можно определить по формуле



,

где - наименьший размер трамбовки в плане, см; и - фактическая и оптимальная влажности уплотняемого грунта (при условии, что ); - предельный удельный импульс, Пас.

Производительность трамбующей машины можно определить по формуле

,

где ; - длительность смены; - коэффициент использования рабочего времени (0,8-0,9); - ширина уплотняемой полосы, м.

6.9 Параметры, режимы и технология уплотнения вибрацией

Для уплотнения сыпучих грунтов (пески, супеси) можно применять вибрационные машины. При вибрировании возникают перемещения частиц грунта вследствие колебательных движений, сообщаемых вибратором. Повышение плотности грунта достигается тем, что частицы грунта, перемещаясь, занимают более устойчивое положение.

Для уплотнения вибрированием используют прицепные вибрационные катки. Рабочим органом является жесткий валец, сообщающий грунту колебательные движения с одновременным воздействием на грунт своей массой. Применяют вибрационные машины с рабочим оборудованием в виде плоскости, подвергающейся вибрационному воздействию, например вибрационные плиты.

Тяжелые плиты могут уплотнять песок на глубину до 2 м, легкие - до 0,5 м, катки - до 1,5 м.

Вибрационные машины характеризуют их массой, размерами рабочего органа, вынуждающей силой и частотой колебаний.

Вынуждающая сила зависит от массы машины и ее статического давления.

Виброкаток ДУ-10А массой 1,5-1,8 т имеет вынуждающую силу 2 тс, а виброкаток ДУ-47А массой 6-8 т - вынуждающую силу 6 тс.

Частота колебаний виброкатка зависит от давления и рекомендуется в пределах 2 000-1 200 мин^-1 при удельном давлении 50- 100 МПа и 1 200-900 мин^-1 при удельном давлении 100-200 МПа.

Вибрацию машины сочетают со статическим давлением на грунт. Оно должно быть равно: для переувлажненных песков - 30- 40, для песков оптимальной влажности - 60-100 и для супесей оптимальной влажности - 100-200 МПа.

Производительность вибрационной машины можно определить по формуле

.

6.10 Рекомендации по выбору машин и режимов уплотнения

Выбор уплотняющих машин зависит от ряда факторов: вида грунта, его состояния (влажности), потребного уплотнения, необходимой толщины уплотняемого слоя, производительности и маневренности машин. Чем больше величина уплотнения, тяжелее грунт и ниже его влажность по сравнению с оптимальной, тем требуются более мощные и тяжелые уплотняющие машины и большее число их проходов по одному следу.

Толщина уплотняемого слоя зависит в первую очередь от поперечных размеров уплотняющей площадки и от давления, передаваемого на грунт в результате статического или ударного воздействия. В качестве первого приближения можно считать, что при достаточном давлении эффективная толщина уплотняемого слоя примерно равна поперечному размеру уплотняющей площадки.

Эффективность применения того или иного вида уплотняющих машин зависит от характера грунтов.

При уплотнении насыпей большое значение имеет режим работы. Для получения требуемой плотности грунта необходимо повторное воздействие уплотняющих средств. Кроме того, имеет значение и продолжительность нахождения грунта в соприкосновении с уплотняющей машиной. Как показывают опыты, скорость движения катка незначительно отражается на плотности грунта, но сильно влияет на ровность, водоустойчивость и прочность насыпи, особенно при последующем ее увлажнении. Происходит это потому, что при кратковременном приложении нагрузки грунт не успевает приобрести надлежащую структуру (сцепление).

Весьма эффективные уплотняющие машины (тяжелые самоходные катки и механические трамбовки) требуют предварительного уплотнения грунта более легкими машинами, иначе они вязнут в рыхлом грунте и не могут передвигаться.

При уплотнении важно так выбирать длину участка (захватки), чтобы грунт не пересыхал перед уплотнением.

При уплотнении насыпей зимой нормы плотности не снижаются, поэтому необходимо применять более мощные уплотняющие машины и сокращать длину уплотняемого участка во избежание смерзания комьев грунта.

Уплотнение грунта, особенно при повышенной влажности, заканчивается, если он выпирает из-под рабочего органа при превышении нагрузки до некоторой величины, названной проф. Н. Я. Хархутой “пределом прочности” грунта.

6.11 Контроль качества работ при уплотнении грунта

За качеством работ по укладке и уплотнению грунта следует вести систематические контрольные наблюдения, организуемые силами строительной организации, представителями технического надзора заказчика и лицами, инспектирующими строительство.

Непосредственное осуществление контроля за плотностью и влажностью грунта, уложенного в насыпь, возлагается на полевую грунтовую лабораторию.

На полевую грунтовую лабораторию также возлагаются:

а) проверка качества грунтов в выемках, карьерах и резервах с целью установления возможности их использования для отсыпки насыпей;

б) проведение пробного уплотнения грунта с целью уточнения требуемого количества ударов (проходок) грунтоуплотняющих машин по одному и тому же следу, а также толщины отсыпаемого слоя;

в) участие в освидетельствовании скрытых работ и их приемке.

При контроле укладки грунта проверяют:

а) качество выполненных работ по подготовке основания;

б) соответствие состава грунта принятому в проекте;

в) наличие в отсыпанном слое растительных и гумусированных грунтов, торфа, древесины, корней и сильно минерализованных переувлажненных и засоренных строительным мусором грунтов;

г) толщину отсыпаемого слоя;

д) соответствие толщины отсыпаемого грунта принятому способу уплотнения;

е) количество проходок или ударов уплотняющих механизмов по уложенному слою;

ж) соответствие типа и массы грунтоуплотняющего оборудования установленной норме;

з) подготовку поверхности ранее уплотненного слоя для отсыпки на него последующего слоя.

Величину толщины отсыпаемого слоя проверяют с помощью мелких шурфов, замеряя его толщину или погружая металлический стержень (щуп) в свежеотсыпанный слой до уплотненного предыдущего слоя.

Для насыпей с нормируемой плотностью грунта основным критерием качества выполняемых работ является соответствие фактической плотности уложенного грунта требуемой.

Основными методами определения плотности скелета грунта, уложенного в сооружение, являются:

для глинистых и песчаных грунтов - взятие проб уложенного грунта с ненарушенной структурой металлическими цилиндрами или режущими кольцами и определение массы и влажности грунта;

для грунтов гравелисто-галечниковых и мелкозернистых с включением крупных фракций - взятие проб с нарушенной структурой из шурфа с последующим замером объема шурфа (путем засыпки его сухим песком), определением массы и влажности образца грунта.

Наряду с широко распространенным определением плотности грунта по плотности его скелета широко распространен метод, основанный на использовании изотопов.

Распределение проб в плане и по высоте должно быть равномерным, с тем, чтобы была обеспечена проверка степени плотности всех слоев грунта в различных частях сооружения.

Число отбираемых проб для проверки плотности скелета уплотненного грунта устанавливается в каждом конкретном случае в зависимости от характера и объема работ, характеристики грунта и местных условий.

Ориентировочно порядок отбора проб принимают следующий:

на дорожной насыпи пробы берут на расстоянии 20-30 м с обеих сторон проезжей части;

в засыпаемых траншеях пробы берут по оси траншеи;

в гидротехнических сооружениях (плотины, дамбы) пробы отбираются в карьерах и насыпи.

При толщине уплотняемого слоя до 30 см пробы отбирают из его средней части, при большей толщине производят отбор двух проб по высоте слоя. При линейных работах пробы рекомендуется отбирать в шахматном порядке.

Место отбора проб должно фиксироваться замером расстояний от осей сооружения или других разбивочных знаков. При отборе проб необходимо обеспечить сохранность структуры и плотность грунта, которые он имеет в насыпи. При отборе проб в полевую книжку записывают дату отбора пробы, пикет, расстояние от оси сооружения, номер цилиндра. В случае недоуплотнения грунта надо выяснить причины и принять меры к доведению плотности до требуемой проектом.

Недоуплотнение грунта может быть вызвано нарушением правил производства работ и неправильным использованием механизмов, недостаточной работой уплотняющего механизма.

Доуплотнение грунта достигается увеличением числа проходок (ударов) уплотняющих машин при обеспечении требуемой влажности грунта.

Сводку результатов лабораторных определений плотности и влажности грунта составляют за каждую смену. Кроме того, в сводке отмечают замеченные во время отбора проб и проверки уплотнения грунта недостатки, касающиеся состава и влажности грунта, порядка его отсыпки и уплотнения.

Если грунт подвергали доуплотнению и отбирали повторные пробы, то в итоговый журнал вносят величины плотности и влажности, полученные после отбора повторных проб.

Методы лабораторных испытаний плотности грунтов, уложенных в тело насыпей, определяются ГОСТ 22733-77 “Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности”, ГОСТ 5180-84 “Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик”.

Вообще, контролировать качество уплотнения грунтов можно следующими наиболее распространенными методами: стандартным, режущими кольцами, радиоизотопным, зондированием, вдавливанием штампа, парафинированием, методом лунок.

Выбор того или иного метода зависит от оснащенности лаборатории оборудованием, характера сооружения, объема возводимой насыпи и их классности.

Методом стандартного уплотнения определяют оптимальную влажность и максимальную стандартную плотность с помощью прибора СоюзДорНИИ.

Метод режущих колец служит для определения плотности скелета влажного грунта в объеме металлического кольца вместимостью 300-400 см³ , вдавленного в уплотненный слой, и влажности этого грунта.

В условиях полевых лабораторий метод режущих колец из-за простоты является наиболее приемлемым и распространенным.

В настоящее время самое широкое распространение в строительной практике получили радиоизотопные методы. Грунтовые полевые лаборатории на крупных земляных сооружениях оснащаются приборами, в которых используется поглощение и рассеяние гамма-излучения и нейтронов.

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 вдавливания штампа применяют для определения прочности грунтовых оснований.

Метод парафинирования применяют преимущественно при контроле за уплотнением грунта в зимних условиях.

Метод лунок используют при укладке обратных засыпок из щебенистых крупнообломочных грунтов или из грунта с мерзлыми комьями.

Качество уложенного в тело насыпи грунта можно считать допустимым, если число контрольных проб с плотностью грунта, отклоняющейся от заданной проектом, не превышает 10 % общего числа контрольных проб, взятых на участке, и плотность скелета грунта в пробах должна быть не более чем на 0,5 г/см³ ниже плотности требуемой (минимальной).



БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Бабков Н. Ф. Автомобильные дороги : учебник для вузов / Н. Ф. Бабков. - М. : Транспорт, 198 - 280 с.

2. Баловнев В. И. Интенсификация разработки грунтов в дорожном строительстве / В. И. Баловнев. - М. : Транспорт, 199 - 384 с.

Беляков Ю. И. Земляные работы / Ю. И. Беляков, А. Л. Левинзон, А. В. Резуник. - М. : Стройиздат, 198 - 177 с.

4. Бульдозеры и рыхлители / Б. З. Захарчук [и др.]. - М. : Машиностроение, 1987. - 240 с.

5. Вербицкий Г. М. Основы оптимального использования машин в строительстве : учеб. пособие / Г. М. Вербицкий. - Хабаровск: Хабар. политехн. ин-т, 1984. - 80 с.

6. Дегтярев А. П. Комплексная механизация земляных работ / А. П. Дегтярев, А. К. Рейш, С. И. Руденский. - М. : Стройиздат, 1987. - 335 с.

7. Евдокимов В. А. Механизация и автоматизация строительного производства : учеб. пособие для вузов / В. А. Евдокимов. - Л. : Стройиздат, 1985. - 195 с.

8. Забегалов Г. В. Бульдозеры, скреперы, грейдеры : учебник для ПТУ / Г. В. Забегалов, Э. Г. Ронинсон. - М. : Высш. шк., 1991. - 334 с.

9. Кудрявцев Е. М. Комплексная механизация, автоматизация и механовооруженность строительства : учебник для вузов / Е. М. Кудрявцев. - М. : Стройиздат, 1989. - 246 с.

10. Неклюдов М. К. Механизация уплотнения грунтов / М. К. Неклюдов. - М.: Стройиздат, 1985. - 168 с.

11. Плешков Д. И. Бульдозеры, скреперы, грейдеры : учебник для сред. проф.-техн. учеб. заведений / Д. И. Плешков, М. И. Хейфец, А. А. Яркин. - М. : Высш. шк., 1976. - 320 с.

12. Полосин-Никитин С. М. Механизация дорожных работ : учебник для вузов по спец. «Строительные и дорожные машины и оборудование» / С. М. Полосин-Никитин. - М. : Транспорт, 1974. - 328 с.

13. Рейш А. К. Повышение производительности одноковшовых экскаваторов / А. К. Рейш. - М. : Стройиздат, 198 - 168 с.

14. Семковский В. В. Комплексная механизация в строительстве / В. В. Семковский, В. Н. Шафранский. - М. : Стройиздат, 1975. - 352 с.

15. Смородинов М. И. Устройство сооружений и фундаментов способом «стена в грунте» / М. И. Смородинов, Б. С. Федоров. - М. : Стройиздат, 1986. - 216 с.

16. СНиП 2.05.02-85. Автомобильные дороги / Госстрой СССР. - М. : Изд-во стандартов, 1985. - 53 с.

17. Технология и организация строительства автомобильных дорог : учебник для вузов / Н. В. Горелышев [и др.]; под ред. Н. В. Горелышева. - М. : Транспорт, 1992. - 551 c.

18. Эксплуатация дорожных машин : учебник для вузов / А. М. Шейнин [и др.]; под ред. А. М. Шейнина. - М. : Транспорт, 1992. - 328 с.

Размещено на Allbest.ru

...