Машины статического действия для уплотнения грунтов.

Одна из важнейших операций на строительстве любого земляного сооружения — уплотнение. От качества производства этой операции зависят не только прочность, устойчивость, водонепроницаемость сооружения, но и ровность покрытия, срок его службы и безопасность движения.

Недоуплотнение ведет к многочисленным повреждениям дорожных покрытий на новых дорогах, а следовательно, к непроизводительным затратам людских, материальных и энергетических ресурсов. Вместе с тем уплотнение является сравнительно недорогим процессом. Так, затраты на его осуществление составляют всего 0,7—1,0% общей стоимости дорожного строительства.

Цель уплотнения — получение плотной и прочной структуры грунта, способной в дальнейшем противостоять внешним воздействиям, которые будут иметь место во время службы инженерных сооружений.

Работа всех машин для уплотнения связана с приложением к поверхности грунтового слоя циклических нагрузок. Под последними понимаются следующие друг за другом процессы нагрузки и разгрузки грунтов. В результате внешних силовых воздействий в уплотняемом материале накапливаются необратимые (остаточные) деформации, способствующие повышению его плотности.

По принципу действия на грунт различают машины статического (укатка) и динамического (трамбование и вибрация) действия (рис. 8.34). Применяют также комбинированные методы уплотнения: виброукатку, вибротрамбование и сочетание укатки с трамбованием (рис. 8.35).

Рабочими органами машин служат вальцы или колеса, которые перекатываются по грунтовой поверхности. Под действием силы тяжести машин в местах контактов рабочих органов с грунтом возникают давления, вызывающие внутренние напряжения и деформации уплотняемого мате риала. Интенсивность образования необратимых деформаций определяет эффективность работы уплотняющих средств.

Методы уплотнения фунтов:

а — укатка; б — трамбование; в — вибрирование; V — направление перемещения рабочего органа; G — рабочий вес; т — рабочая масса; Я — высота подъема плиты; h — величина остаточной деформации уплотняемой среды; со — угловая скорость вращения дебаланса;

К машинам статического действия, уплотняющим грунты, относятся кулачковые, решетчатые и пневмоколесные катки.

Трамбующие машины основаны на ударном действии их рабочих органов. Последние в момент их контакта с грунтовой поверхностью обладают определенным количеством движений. В процессе удара за очень короткий промежуток времени большая часть кинетической энергии рабочего органа переходит в другие виды энергии. Процесс сопровождается весьма быстрым повышением давления на поверхности контакта и последующим быстрым его спадом.

В отличие от катков эффект уплотнения определяется не только массой рабочего органа, но и скоростью в момент удара и частотой приложения уплотняющих воздействий.

Уплотнение грунта трамбованием может осуществляться механическим трамбованием (пневматическими и электрическими трамбовками, а также трамбовками с бензиновым двигателем и взрывного действия); машинами с падающими плитами; навесными плитами на экскаваторах и кранах.

Рабочие органы вибрационных машин, совершая колебательные движения, вводят в состояние колебаний уплотняемые объемы грунта. Ввиду того что массы частиц неодинаковы, возникают различные силы их инерции. В результате разности сил инерции в местах контактов частиц появляются напряжения сдвига. До известных пределов эти напряжения уравновешиваются силами сцепления. После превышения этих пределов возникают взаимоперемещения частиц, приводящие к уплотнению грунта. Напряжения сдвига пропорциональны инерционным силам, поэтому их величина зависит также и от ускорений, которые развиваются от колебательных движений.

Относительное перемещение частиц наступает тем скорее, чем больше различие в массах частиц и чем меньше силы связи, поэтому успешному виброуплотнению поддаются несвязные и малосвязные грунты. На эффект уплотнения оказывает большое влияние тиксотропия грунтов, появляющаяся при вибрировании.

Совершая колебательные движения, частицы фунта, находясь под действием силы тяжести, стремятся занять положение, соответствующее их наименьшему потенциалу, т. е. перемещаются вниз.

Наибольший эффект уплотнения достигается, когда наступает резонанс вынужденных колебаний и собственных колебаний грунта.

К машинам, уплотняющим грунты под воздействием возмущающей силы вибровозбудителя, относят прицепные и самоходные вибрационные катки и плиты.

Эффективность использования уплотняющих средств определяется их производительностью, интенсивностью накопления остаточных деформаций в уплотняемом фунте и энергоемкостью процесса. Ее значения зависят от правильности выбора метода уплотнения, типа машин и режимов их работы.

Скреперы.

Скрейпер, скрепер (англ. scraper, от scrape «скрести») — землеройно-транспортная машина, предназначенная для послойного (горизонтальными слоями) копания грунтов, транспортирования и отсыпки их в земляные сооружения слоями заданной толщины. Кроме того, при движении по насыпи скреперы своими колесами уплотняют отсыпанные слои грунта, благодаря чему сокращается потребность в специальных грузоуплотняющих машинах.

Скреперы используют для разработки разнообразных грунтов I-III категорий от чернозёма до тяжелых глин. Очень плотные грунты предварительно разрабатывают рыхлителями. Применение скреперов определяется дальностью возки грунта.

Прицепные скреперы в агрегате с базовыми гусеничными тракторами используют при дальности транспортирования от 100 до 800 и максимально до 1000 м. Чем больше вместимость скрепера, чем быстроходнее его базовый трактор, тем на большей дальности транспортирования целесообразно применять агрегат. Однако уже при дальности транспортирования 1 км прицепные скреперы уступают в рентабельности автомобилям — самосвалам, загружаемым одноковшовыми экскаваторами. Если дальность транспортирования грунта менее 100 м, выгоднее применять более простые и дешевые землеройные машины, такие как бульдозеры на базе гусеничных тракторов.

Самоходные скреперы, агрегатируемые с базовыми, быстроходными колёсными тягачами применяют в благоприятных условиях при дальности транспортирования от 300 до 3000 м и более. При дальности транспортирования более 3000 м по бездорожью скреперы рентабельнее самосвалов, загружаемых экскаватором.

По типу ходовой части базовой машины различают скреперы на гусеничном и колёсном ходу. По способу загрузки ковша грунтом различают скреперы с загрузкой движущим усилием, то есть тягой базовой машины и тягача (в случае применения последнего) и скреперы с принудительной загрузкой скребковым элеватором, установленным на самом скрепере.

Характеристики скреперов

-габариты: длина — до 17 300 мм, ширина — до 4500 мм, высота — до 4300 мм

-масса — до 115 т

-мощность двигателя — более 470 кВт

-вместимость ковша — до 25 т

-база скрепера — 8000 мм

-размер шин — 37,5 — 99

-грузоподъемность — до 45 т

-расстояние перемещения горной массы — до 5000 м

-глубина резания — до 0,4 м

-ширина резания — до 3,9 м

-колея колес: передних — до 2900 мм, задних — до 2900 мм

-дорожный просвет — до 750 мм

Применение скреперов

МОАЗ-6014

-послойная разработка грунта

-транспортировка грунта

-отсыпка грунта

-разравнивание грунта

-уплотнение грунта

Рабочие инструменты скреперов

-ковш

-механизмы управления ковшом и заслонкой

-ходовое оборудование

Классификация скреперов

-по геометрической емкости ковша

-скреперы малой вместимости (до 3 м³)

-скреперы средней вместимости (от 3 до 10 м³)

-скреперы большой вместимости (более 10 м³)

По способу агрегатирования с тягачом

прицепные скреперы (агрегатируются с гусеничными тракторами)

полуприцепные скреперы (агрегатируются с колёсными одноосными тракторами)

По способу загрузки ковша

скреперы, загружающиеся за счет тягового усилия базовой машины

скреперы, загружающиеся принудительно

скреперы, загружающиеся посредством скребкового элеватора