Уплотнение грунтов в насыпях

Общие положения

Уплотнение грунтов в железнодорожных насыпях является важнейшим технологическим процессом, от качества которого зависит долговечность и прочность земляного сооружения и как следствие безопасность движения поездов.

Выбор типа грунтоуплотняющей машины зависит от вида грунтов и их влажности, толщины отсыпаемого слоя, а также температуры наружного воздуха.

Существующий парк грунтоуплотняющих машин позволяет вести работы в условиях отрицательных температур.

В случае необходимости производится пробное уплотнение грунтов. Пробное уплотнение рекомендуется производить перед началом основных работ по сооружению земляного полотна. В зимних условиях, пробное уплотнение выполняется до начала смерзания грунтов.

Результаты пробного уплотнения оформляются в виде графика, по которому устанавливаются наибольшая допустимая толщина уплотняемого слоя, необходимое число проходов катка по одному следу или рабочая скорость передвижения грунтоуплотняющих машин. По результатам пробного уплотнения устанавливается технология отсыпки насыпи.

 

Качество уплотнения грунта обусловливается прежде всего его гранулометрическим составом, исходной влажностью, видом и техническими характеристиками грунтоуплотняющих машин, правильной организацией их работы. Как уже отмечалось, наилучшие результаты уплотнения достигаются при оптимальной влажности грунта (зависит от его гранулометрического состава).

Для уменьшения сил сцепления и повышения эффекта уплотнения грунтов требуется либо высушить грунт до влажности 2 — 3 %, либо наоборот, увлажнить до значений оптимальной влажности. Второй путь наиболее рационален и широко применяется в практике. Уплотняемость грунтов различного гранулометрического состава в значительной степени зависит также от характера внешнего воздействия, оказываемого на него уплотняющим средством.

Различают четыре способа уплотнения: трамбование, укатка, вибрирование и вибротрамбование.

 

Вибрирование используется для уплотнения песчаных грунтов, в которых отсутствуют или ничтожно малы силы сцепления.

Колебания минеральных частиц, вызванные виброустановками, обеспечивают наиболее плотную их укладку. На качество уплотнения оказывает существенное влияние не только гранулометрический состав грунта, но и характеристики виброуплотнителей, такие как частота и амплитуда колебания, площадь опорной части, масса.

Толщина слоя, уплотняемого современными вибрационными машинами, составляет 30 — 50 см. Технологическая схема виброуплотнения грунта такая же, как и при трамбовании, — челночная или спирально-кольцевая.

В настоящее время большое распространение в практике строительства получили уплотняющие машины комбинированного действия — вибротрамбующие, виброкатки и др. Их главное преимущество состоит в сочетании таких положительных качеств, как увеличение импульса силы и продолжительности ее воздействия на уплотняемый грунт. Так, например, вибротрамбовки двойного и тройного действия обеспечивают уплотнение грунта до значений 1,0 — 1,1 естественного состояния при толщине слоя до 100 — 120 см.

 

Укатка выполняется самоходными и прицепными катками на пневматическом ходу. Усилие уплотнения достигается за счет высоких контактных напряжений, создаваемых силой тяжести катка и балластного пригруза на плоскости (линии) качения (до 8 МПа).
Пневмоколесные катки могут быть одноосные (массой 10 — 25 т), двухосные прицепные (массой до 50 т) и полуприцепные (одно-или двухосные массой до 100 т). Легкими катками требуемое уплотнение рыхлых грунтов слоем 20 — 30 см достигается при ширине захвата до 2,5 м. Тяжелые прицепные пневмокатки массой 25 — 50 т обеспечивают уплотнение грунта слоем 35 — 50 см при ширине захвата 2,5 — 3,3 м. Применение полуприцепных пневмокатков наиболее эффективно, они обеспечивают качественное уплотнение связных и несвязных грунтов слоем 40 — 50 см при ширине захвата 2,7 — 2,8 м. Все приведенные выше показатели получают за 4 — 12 проходов катка по одному следу (в зависимости от массы катка). Барабанные катки прицепные и самоходные являются менее эффективными по сравнению с кулачковыми в связи с большой площадью распределения давления.

Для повышения контактного давления на уплотняемый грунт и достижения высоких показателей используются кулачковые или решетчатые катки. Кулачки представляют собой стальные профильные штыри длиной 200 — 300 мм, приваренные по окружности к обечайке барабана. Такие катки применяются для уплотнения только связных грунтов. При уплотнении грунтов из крупнообломочных пород вместо кулачков на поверхность барабанов приваривают стальные решетки из уголка или другого стального профиля. Кулачковые и решетчатые катки обеспечивают уплотнение грунтов слоем 25 — 50 см при ширине захвата 2,7 — 3,3 м за 4 — 10 проходов по следу.

Укатка каждого слоя грунта осуществляется, как правило, по спирально-кольцевой схеме. Длина захватки принимается 250 — 300 м. При уплотнении грунтов на захватках малой ширины (затрудняются повороты катков) применяются главным образом самоходные барабанные катки, перемещающиеся по возвратно-поступательной схеме.

 

Трамбование производится трамбующими плитами массой 1-=2 т, сбрасываемыми с высоты 1 — 2 м с помощью крана. Данный способ применяется для уплотнения главным образом связных грунтов, обладающих явно выраженной пластической деформативностью, однако может быть получен эффект и при уплотнении песчаных грунтов. Машины типа Д-471 имеют две плиты, поочередно сбрасываемые с помощью шатунно-кривошипного механизма.

 

Укладка грунта в земляные сооружения по времени совмещена с его разработкой и осуществляется, как правило, этими же машинами (бульдозерами, скреперами, многоковшовыми экскаваторами). Исключение составляет разработка экскаваторами с автомобильной возкой, а также засыпка пазух и траншей. При автомобильной возке грунта и разгрузке его в тело насыпи необходимо производить разравнивание насыпаемых слоев с уплотнением.

Разравнивание производится сначала бульдозерами, а более тщательно — специальными планировочными машинами (автогрейдерами). Благодаря способности рабочего органа машины (отвала) изменять свое положение в любой из трех плоскостей пространства, при разравнивании слоя достигается выдерживание не только его толщины, но и поперечного профиля. Ввиду большого радиуса поворота основной схемой движения автогрейдера является возвратно-поступательная. Наличие угла резания позволяет смещать излишний грунт к середине насыпи.

Отсыпка земляных сооружений может производиться из однородного или разнородного грунта чередующимися слоями. В целях обеспечения естественного отвода от насыпи атмосферных осадков нижележащим слоям из связных грунтов придается уклон до 0,004 в сторону бровки. Дренирующие же грунты отсыпаются горизонтальными слоями от бровки к оси насыпи, для того чтобы обеспечивалась лучшая уплотняемость грунта за счет возникающего «пригруза» на крайних участках. Смешивание в пределах одного слоя грунтов различной фильтрующей способности (например, песок и суглинок) не допускается, так как это приводит к переувлажнению связных грунтов и снижению их несущей способности.

В тех случаях, когда насыпь возводится до высоты 3 м на водо-насыщенных грунтах основания, отсыпка производится от середины насыпи к бровке. Такой порядок определяется более благоприятными условиями для отжатия грунтовой воды из основания. Свыше 3-метровой отметки насыпь отсыпается от краев к середине.

При засыпке пазух фундаментов и траншей с инженерными сетями во избежание нежелательных односторонних боковых нагрузок на конструкции укладка и уплотнение грунта производятся равномерно с обеих сторон от конструктивных элементов.

Надежность функционирования земляных сооружений, в частности насыпей, дамб, перемычек, в решающей степени зависит от тщательности уплотнения грунта. Для большинства насыпей и засыпок пазух коэффициент уплотнения грунтов должен быть 0,90 — 0,98. Уплотнение насыпей за счет движения землеройно-транспортных машин и автосамосвалов позволяет повысить коэффициент уплотнения грунта с 0,76 до 0,85 (в отдельных случаях до 0,90), что явно недостаточно для достижения безусадочной его работы.

Качество уплотнения грунта обусловливается, прежде всего, его гранулометрическим составом, исходной влажностью, видом и техническими характеристиками грунтоуплотняющих машин, правильной организацией их работы. Как уже отмечалось, наилучшие результаты уплотнения достигаются при оптимальной влажности грунта (зависит от его гранулометрического состава).

Для уменьшения сил сцепления и повышения эффекта уплотнения грунтов требуется либо высушить грунт до влажности 2 — 3 %, либо наоборот, увлажнить до значений оптимальной влажности. Второй путь наиболее рационален и широко применяется в практике. Уплотняемость грунтов различного гранулометрического состава в значительной степени зависит также от характера внешнего воздействия, оказываемого на него уплотняющим средством.

Различают четыре способа уплотнения: трамбование, укатка, вибрирование и вибротрамбование.

 

 

 

 

Технические характеристики грунтоуплотняющих машин
Модель катка	ДУ-57А	ДУ-61	ДУ-47Б ДУ-63	ДУ-58	ДУ-62 ДУ-486	ДУ-54А	ДУ-60
	Комбинированный	Вибрационный на одноосном	Двухвальцовый	Вибрационный комбинированный	Одновальцовый к одноосному тягачу	Двухвальцовый двухосный	Двухвальцовый вибрационный
Масса, т	20.5	25-30	6-8	8-10		12-13		1.5-2.2	0.8-1
Ширина полосы, м	2.4	2.4	1.4	1.7	2.0	2.2	2.3	0.9	0.75
Линейное давление Н/см
Скорость движения км/ч	До 9	0-4.5	1.89-3.7	8-15	6.16			1.83-3	3.6
Мощность двигателя кВт					95.5	95.5			6.6
Трансмиссия	Гидрообъемная		Механическая	Гидрообъемная	Механическая	Гидрообъемная

 

Технические характеристики грунтоуплотняющих машин приведены в таблице