Машины для уплотнения грунтов

 

Долговечность и устойчивость земляных сооружений и сооружений, возведенных на грунтовых основаниях, зависят от качества уплотнения. Уплотнение грунтов - одна из важных операций в технологическом процессе строительства. Качество уплотнения зависит от правильного подбора и использования уплотняющего оборудования, определяемого характером грунтов и условиями производства работ. Грунты уплотняют в насыпях, на откосах, при засыпке траншей и котлованов, на больших площадях и в труднодоступных местах, в стесненных условиях. Для таких разнообразных условий работы требуются особые машины, которые различаются как по конструкции, так и по принципу действия. Основная масса машин предназначена для уплотнения насыпных грунтов.

Процесс уплотнения грунтов включает в себя две идущие параллельно операции: разрушение существующей структуры грунта и создание новой, более устойчивой к различным механическим воздействиям. Чем менее прочна исходная структура грунта, тем легче она разрушается и, следовательно, тем эффективнее уплотнение и наоборот. При уплотнении частицы грунта смещаются. Это необходимо для наиболее компактной их укладки, вытеснения жидкой и газообразной фазы и сопровождается уменьшением объема и формированием плотной и прочной структуры, способной выдерживать нагрузки, связанные с эксплуатацией инженерных сооружений. Однократная нагрузка и разгрузка грунта вызывает как остаточные, так и упругие деформации, причем остаточные деформации значительно превосходят упругие. При многократном действии нагрузки и разгрузки соотношение упругой и остаточной деформаций постепенно меняется и, грунт, в конце концов, приходит в состояние, отличающееся постоянством его упругих свойств.

Если увеличить нагрузку сверх той, при которой упругие свойства грунта стали постоянными, то в грунте вновь возникнут остаточные деформации, которые при достаточно большом числе повторений нагрузки и разгрузки приведут его в новое стабилизированное состояние с большим модулем упругости. Увеличивать нагрузку можно лишь до тех пор, пока не будет достигнут предел прочности грунта. С дальнейшим повышением нагрузки появляются преимущественно деформации сдвига, сопровождающиеся трещинами и даже разрыхлением сложившейся структуры. Это свидетельствует о том, что предел прочности грунта превзойден.

Рассматривая процесс накопления необратимой деформации уплотняемого грунта при однократном или периодическом нагружениях, следует иметь в виду, что качественных различий между ними нет. В обоих случаях при одинаковых силах деформации зависят от времени (непрерывного или суммарного) действия нагрузок.

Однако при одинаковом общем времени действия нагрузки рост необратимых деформаций под действием периодического нагружения идет несколько быстрее. Объясняется это тем, что во время периодических разгрузок грунта частично или полностью успевает восстанавливаться лишь обратимая часть деформации. При этом несколько изменяется взаимная ориентация частиц грунта и уменьшается их самозаклинивание. Поэтому при повторном нагружении деформация грунта облегчается.

С учетом этих свойств грунтов уплотнение их машинами производят посредством периодически повторяющихся нагружений и разгрузок грунта - так называемых цикличных нагрузок. При таком режиме работы чередуются изменения напряженного состояния грунта.

В зависимости от характера нагружений меняются максимальное значение достигаемого напряжения, скорость его изменения и время действия нагрузки, т.е. основные факторы, определяющие эффективность уплотнения.

Характер изменения напряженного состояния под рабочим органом определяет проявление тех или иных свойств грунта. Поэтому в зависимости от вида нагружения различают статические и динамические воздействия на грунт. Статическое воздействие характеризуется сравнительно небольшими скоростями изменения напряженного состояния грунта и происходит оно под действием постоянной или плавно изменяющейся нагрузки. Такое воздействие реализуется обычно давлением массивного колеса или барабана, перекатываемого по поверхности уплотняемого грунта.

При динамическом воздействии на грунт резко изменяется напряженное состояние его под ударами массивного элемента рабочего органа вследствие прохождения через грунт ударных волн, вибрационного воздействия и т.п. В соответствии с различными воздействиями на уплотняемый грунт выпускают машины статического (прессование, укатка) и динамического действия (удар, вибрация, удар совместно с вибрацией). Границы между указанными типами машин часто оказываются довольно расплывчатыми. Так, при работе машин статического действия наблюдаются динамические эффекты, которые в зависимости от конструктивного исполнения машины и режима ее работы могут быть выражены в большей или меньшей степени.

Трудно установить также четкую границу между ударно-вибрациониыми и вибрационными машинами. Еще сложнее разграничить ударно-вибрационные и ударные машины.

В настоящее время промышленность выпускает следующие типы уплотняющих машин: катки кулачковые прицепные; катки на пневматических шинах - прицепные, полуприцепные и самоходные; катки вибрационные прицепные; катки самоходные с гладкими вальцами вибрационного и статического действия, а также комбинированные. Классификация уплотняющих машин приведена на рис. 7.8.