Машины и оборудование для уплотнения грунтов

Назначение. Машины и оборудование для уплотнения грунтов предназначены для восстановления плотности и прочности грунтов в инженерных сооружениях;

придания им необходимой устойчивости, несущей способности и водонепроницаемости. Качество уплотнения грунта оценивается отношением фактической плотности грунта к его стандартной максимальной плотности, определяемой методом стандартного уплотнителя. Плотность верхних слоев насыпи АД должна быть не менее 98% стандартной максимальной плотности, а нижних – не менее 95%.

Методы уплотнения грунтов.

Суть уплотнения состоит в сближении частиц грунта до состояния, когда они соприкасаются большей частью поверхности. Уплотнение грунта происходит в результате его деформации под действием внешних сил или собственного веса. Деформация какого-то объема грунта складывается из пластической и упругой составляющих, причем доля упругой составляющей тем выше, чем выше скорость приложения деформирующей нагрузки. Этим ограничивается интенсивность уплотнения и создание необходимости многократного приложения нагрузки, причем, по мере уплотнения грунта величина нагрузки должна возрастать. Грунты могут уплотняться: укаткой, трамбованием, вибрацией, виброукаткой, вибротрамбованием.

При укатке сближение частиц происходит под действием циклически повторяющейся нагрузки с медленным темпом нарастания и убывания. При трамбовании частицы сближаются под действием кинетической энергии падающей массы трамбовочного инструмента, причем, скорость деформации грунта отстает от скорости изменения его напряженного состояния. При виброуплотнении частицы сближаются в результате снижения сил трения между ними (квазитекучесть). При вибротрамбовке и виброукатке эффект вибрации суммируется с эффектом трамбования и эффектом трамбования и укатки.

При больших объемах работ по уплотнение грунта применяются прицепные и самоходные катки, рабочими органами которых являются: металлические вальцы с различными структурами поверхности и пневматические шины. Наиболее простыми и наименее эффективными при уплотнении считаются статические катки с металлическими, гладкими вальцами.

Прицепной каток статического действия с металлическими, гладкими вальцами.

1

– главная цилиндрическая поверхность вальца; 2 – торцевая стенка вальца; 3 – люк для загрузки балласта; 4 – рама; 5 – опорно-сцепное устройство; 6 – подшипник.

Отличается высочайшей надежностью. Максимальная глубина уплотнения – 20см. Для достижения необходимой степени уплотнения необходимо: несвязный грунт – 4…6 проходов; связный – 10…12.

Металлические вальцы кулачковых катков отличаются тем, что на их поверхности расположены выступы, называемые кулачками.

7 – кулачки – литые детали, крепящиеся на поверхности вальца сваркой.

Кулачки размещаются на поверхности по винтовой линии с небольшим углом наклона к оси вальца. Иногда кулачки, расположенные на одной линии, смещены на полшага относительно кулачков, расположенных на соседней линиях. Благодаря этому увеличивается площадь следа, уплотняемого за один проход, но исключается возможность очистки налипшего между кулачками грунта, следовательно, такие вальцы нельзя применять на липких грунтах.

Общая площадь контакта кулачков с грунтом в несколько раз меньше, чем у гладких вальцов, поэтому напряжения в уплотняемой зоне выше. Кроме того, кулачки, погружаясь в грунт, сминают его, повышая эффективность уплотнения. Считается, что форма кулачка не влияет на качество уплотнения грунта, но может спровоцировать налипание грунта между кулачками и привести к разрыхлению грунта на глубину погружения кулачков. Число проходов кулачкового катка по одному следу, необходимое для достижения стандартного 95% уплотнения можно оценить по формуле:

1 – сцепное устройство; 2 – дышло; 3 – ось качения секций; 4 – пневмоколесо; 5 – ступица колеса; 6 – корпус секции, в которой размещается балласт.

В отличие от жестковальцовых, пневмоколесные катки способны уплотнять более толстые слои грунта за меньшее число проходов по одному следу, не разрушая при этом щебень и гравий. Пневматические вальцы располагаются так близко друг к другу, насколько допускает конструкция катка. Это позволяет сузить неуплотненные полосы грунта. Независимая подвеска каждого колеса обеспечивает равномерное уплотнение по всей ширине полосы уплотнения. Корпус секции, в который устанавливается пневмоколесный валец, служит ящиком для балласта из чугунных отливок или бетонных блоков, позволяющих, при необходимости, утяжелить каток.

При подборе шин для пневмоколесных катков следует ориентироваться на уровень нагрузки, при которой вертикальная деформация профиля шины составляет не более 15%. При работе на связных грунтах рекомендуется комплектовать катки шинами, рассчитанными на давление 12-12 бар, так как при этом максимальное напряжение на поверхности грунта будет приближаться к пределу его прочности, что также повышает эффективность уплотнения.

Решетчатые катки.

Решетчатые катки являются наиболее эффективными при уплотнении крупнощебеночных, гравелистых, мерзлых и комковатых грунтов. Вальцы секторного катка состоят из дисков, тесно прижатых друг к другу торцами. Края каждого из дисков напоминают формой звездочку цепной передачи, причем зубья соседних дисков смещены относительно соседних на полшага. Во избежание налипания грунта в промежутках между дисками устанавливаются скребки, концы которых немного не доходят до ступеней дисков. Такие катки уплотняют более толстые слои материала.

Современные модели жестковальцовых катков, как правило, оборудуются вибраторами направленного действия.

При выключении вибровозбудителей такие машины работают в обычно режиме уплотнения, а при включении добавляется эффект снижения силы трения при вибрации.

Вибровозбудители с гидроприводом, редуктором из двух или более амплитудных дебалансов устанавливаются внутри вальца и соединяются с гидросистемой тягача. Корпус гидромотора закреплен на раме.

В мировой практике для уплотнения грунтов широко используются самоходные катки. Эти катки оборудуются теми же типами вальцов, что и прицепные. Исключение составляют лишь решетчатые вальцы.

Комбинированные катки имеют шарнирно – сочлененную раму, один жесткий валец с вибровозбудителем и ведущий пневмоколесный каток. Подавляющее число моделей комплектуются одним основным и сменными вальцами. Некоторые заводы-изготовители выпускают сборные кулачковые оболочки для гладких вальцов. Самоходные пневмоколесные катки, как правило, имеют моноблочную раму либо с балластными отсеками для воды, либо с приспособлениями для крепления металлических блоков. Балластные отсеки, заполняемые водой, разделены вертикальной перегородкой, уменьшающей толчки от всплесков воды и исключающей нарушение центровки машины. Ходовое оборудование пневмоколесного катка, являющееся одновременно и его рабочим оборудованием, представляет собой двухосное, как правило, полноприводное шасси с разным количеством колес на осях. Этим достигается перекрытие всей ширины уплотнения. Колеса расположены друг к другу настолько близко, насколько позволяет конструкция их подвески и привода. На одном валу никогда не крепится больше двух колес сразу, так как это позволяет обеспечивать их независимую подвеску. Опорные узлы колес допускают их качание в поперечной плоскости, благодаря чему, повышается степень равномерности уплотнения грунта. Привод колес может быть любым, но колесо должно приводиться цепной передачей.

Трамбующие машины.

К числу основных преимуществ трамбующих машин относят  возможность уплотнения слоя толщиной до 1м.

Машины, реализующие этот способ уплотнения, находят в строительстве ограниченное применение, так как установки со свободно падающей массивной плитой тихоходны, а установки с дизель-молотами требуют предварительного уплотнения грунта.

Вибротрамбующие машины силой удара создают в уплотняемом грунте необходимое напряжение, а вибрация вынуждает частицы грунта колебаться, снижая силы трения сцепления между ними. Главное отличие вибротрамбующих машин от трамбующих – малая сила импульса и высокая частота удара. При работе виброкатка суммируются эффекты вибрации, укатки и трамбования.

1 – опорная пята; 2 – колонна с механизмом вибрации и импульсным ударником; 3 – амортизирующее устройство; 4 – ДВС; 5 – рукоятка с пультом управления.

Малогабаритные виброштампы, массой от 40 до 100 кг, используются для уплотнительных работ малых объемов и в ограниченном пространстве. Виброштамп опирается на грунт массивной прямоугольной пятой с приподнятой передней кромкой. На пяте установлена колонна с подрессоренным приводом и виброгенератором. При работе двигатель эксцентрик направленного действия развивает силу, вынуждающую установку подпрыгивать на уплотняемом грунте. Уплотнение происходит под действием кинетической энергии удара пяты виброштампа о грунт, сложенной с возмущающей силой вибратора. Поступательному движению установка обязана небольшому наклону колонны вперед, из-за чего возмущающая сила, отрывающая виброштамп от поверхности, заставляет его подпрыгивать не только вверх, но и вперед. Виброштампы оборудуются амортизаторами, поглощающими обратный удар при работе на плотных грунтах и системой фильтрации воздуха, поступающего в двигатель.

Более высокопроизводительным уплотняющим оборудованием являются виброплиты. На них… Легкие виброплиты оснащаются вибратором с фиксированными  значениями амплитуды и частоты возмущающей силы; средние и тяжелые могут иметь несколько значений этих параметров.