Грунтоуплотняющие машины.

Для обеспечения устойчивости зданий и сооружений в течении всего срока их эксплуатации грунты, на которых их возводят, должны обладать достаточной плотностью, регламентированной СНиП и другими нормативными документами. Просадочные и насыпные грунты перед возведением на них зданий и сооружений подлежат искусственному уплотнению.

Уплотнение грунта есть процесс его необратимого деформирования путем внешнего силового воздействия или за счет гравитационных сил, в результате которого определенная масса грунта уменьшается в объеме за счет удаления из его пор свободной воды и воздуха, а его плотность повышается. При нагружении грунта вода и воздух частично выходят на поверхность, а частично перемещаются в грунте из более напряженных зон в менее напряженные, вследствие чего требуемая плотность достигается многократным поворотным нагружением. При этом наибольшая степень уплотнения достигается на первых циклах нагружения, уменьшаясь к концу этого процесса. Разрыхление грунта перед его уплотнением способствует выходу воздуха из свободной воды на поверхность без миграции этих компонентов в грунтовом массиве, благодаря чему требуемая плотность грунта может быть достигнута меньшим числом повторных нагружений. По этой причине большинство способов уплотнения грунта являются двухэтапными, включающими разрыхление уплотняемого слоя и собственно его уплотнение.

Прицепные катки с металлическими вальцами перемещают по уплотняемой поверхности за тягачом, обычно трактором, с разворотами на концах захваток для возвратного движения или челночным способом, для чего тягач перецепляют на противоположную сторону катка. Для укатки грунтов на обширных площадях используют сцепы из двух – пяти катков и более, объединенных траверсами.

Гладкие катки уплотняют грунт слоями 0, 15..02м без разрыхления его поверхности или с незначительным разрыхлением на глубину 1..3см (в несвязных грунтах). Их применяют преимущественно для прикатки в один-два прохода поверхностей, уплотненных другими катками. Скорости передвижения катков не влияют на изменение плотности грунтов. но при повышенных скоростях из-за больших сдвигающих усилий на контактной поверхности формируется менее прочная структура грунта. Рациональные скорости перемещения гладких катков составляют 1, 5…2, 5км/ч на первом и двух последних проходах и 8…10км/ч на промежуточных проходах. По сравнению с работой в односкоростном режиме производительность катков при этом увеличивается примерно в 2 раза.

При работе кулачковых катков грунт уплотняется внедряемыми в него кулачками, а на первых проходах также поверхностью вальца. По мере уплотнения грунта кулачками на глубине при каждом новом проходе они все меньше погружаются в грунт, вследствие чего валец теряет контакт с уплотняемой поверхностью. Из-за высоких контактных давлений в конце уплотнения кулачки будут несколько погружены в грунт, вследствие чего на его поверхности останется разрыхленный слой, который при необходимости прикатывают гладкими вальцами.

В отличие от работы гладких катков, когда от прохода к проходу уплотненный слой наращивается от поверхности вглубь, кулачки начинают уплотнение на глубине, наращивая его в направлении к поверхности. Кулачковые катки эффективно применять только для уплотнения рыхлых связных грунтов. При уплотнении же ими несвязных и малосвязных грунтов происходит выброс грунта кулачками вверх и в стороны, вследствие чего практически невозможно достигнуть требуемой плотности.

Подобно кулачковым каткам работают решетчатые катки с обечайками, изготовленными из прутков в виде решетки с квадратными ячейками. Внедряясь в грунт прутками, решетчатые катки уплотняют его, начиная с глубинных слоев. Их применяют для уплотнения комковатых и переувлажненных связных грунтов, включая разрыхленные мерзлые и скальные крупнообломочные грунты.

Пневмоколесные катки применяют для уплотнения как грунтов, так и гравийных и щебеночных оснований, а также черных смесей асфальтобетона. Преимуществом этих катков перед катками с металлическими вальцами является то, что при укатке каменных материалов они не измельчают их. Требуемая степень уплотнения достигается за 5-10 проходов при рабочих скоростях передвижения 11…15км/ч. Для уплотнения грунтов более эффективны шины большего диаметра с большой допускаемой нагрузкой на каждую шину. Катки с автомобильными шинами используют, в основном, для уплотнения малосвязных и среднесвязных грунтов, а с авиационными шинами повышенного давления – для уплотнения тяжелых суглинков и глин высокой связности.

Самоходные пневмоколесные катки применяют для уплотнения грунтов и покрытий дорог. Их разделяют по массе на легкие (10…15т), средние (20…30т) и тяжелые (40…50т). На этих катках устанавливают четыре задних и три передних колеса, располагая их в плане в шахматном порядке для перекрытия смежных уплотняемых полос. На катках, работающих на укатке черных асфальтобетонных покрытий, устанавливают шины с гладким протектором и пневматические распылители воды для смачивания и охлаждения шин. Самоходные катки с гладкими вальцами применяют преимущественно для укатки покрытий дорог.

Для уплотнения грунтов на объектах с широким фронтом работ используют самоходные трамбовочные машины на базе гусеничного трактора. На машине установлены две перемещающиеся по направляющим чугунные плиты массой 1, 3т каждая, поочередно поднимающиеся и на уплотняемую поверхность при непрерывном передвижении базового трактора. В зависимости от содержания в грунте глинистых частиц уплотнение на глубину до1, 2м достигается за три – шесть ударов плиты по одному месту при скорости передвижения трактора 160…320м/ч.

Для уплотнения несвязных и слабосвязных грунтов на ограниченных поверхностях применяют виброплиты. Грунт уплотняют плитой-поддоном, которому сообщаются колебания от двухддебалансного вибратора.

Для уплотнения малосвязных грунтов весьма эффективно применять вибрационные катки с гладкими, кулачковыми или решетчатыми вальцами, внутри которых вмонтирован вибратор направленных колебаний, приводимый от автономного двигателя, установленного на раме катка. Эффективность уплотнения достигается совместным действием на грунт гравитационных и вынуждающих сил, генерируемых вибратором, что позволяет получить требуемую плотность грунта при сравнительно меньшей массе катка. Так, при уплотнении песков путем вибрационного воздействия масса катка может быть снижена примерно в 5 раз, при супесях в 2 раза, а при уплотнении средних и тяжелых суглинков лишь на 10…30%. Эффективность вибрационного воздействия снижается с увеличением содержания в грунте глинистых частиц. Поэтому для уплотнения связных и высокосвязных грунтов требуется применять весьма тяжелые катки.