Вибір машин для ущільнення земляного полотна - студопедія

Для досягнення необхідної щільності ґрунту в тілі насипу потрібно штучне ущільнення, оскільки щільність відсипається грунту набагато менше необхідної. Так, при зведенні земляного полотна бульдозерами щільність грунту, що укладається ними в насип, не перевищує 0,7. 0,8 від оптимальної. При використанні грейдер-елеваторів ця величина ще нижче і найчастіше знаходиться в межах 0,55. 0,70. Скрепери і автомобілі-самоскиди забезпечують більш високу щільність (0,80. 0,95) завдяки укоченні грунту колесами при транспортуванні грунту по возводимому шару насипу.

Існують три основні способи ущільнення ґрунтів: укочуванням, вібрацією і трамбуванням. Вибір способу ущільнення залежить від виду грунту, його вологості, товщини шару, що ущільнюється, потрібної ступеня ущільнення, продуктивності і маневреності машин. Технічна характеристика машин для ущільнення ґрунтів приведена в табл. 1.10.1 [53].

Машини для ущільнення грунтів

Тип і марка машини

Маса, т (без баласту і з баластом)

При ущільненні укочуванням зближення частинок грунту і надання йому стійкої структури забезпечується завдяки дії маси катка, багаторазово який проїхав по поверхні ущільнюється грунту. Моторні катки з гладкими вальцями через малу ефективність використовують тільки при завершальній стадії укатки верхнього шару насипу для додання йому рівності. Пневмокатки можуть ущільнювати всі види грунтів. Їх основні переваги в порівнянні з катками з гладкими вальцями полягають у більшій площі контакту з поверхнею грунту, більш рівномірним розподілом тиску по цій площі, а також у тому, що завдяки еластичності шини ця площа в процесі укатки порівняно мало змінюється. Все це сприяє збільшенню глибини поширення напруг в ущільнюваному грунті і тривалості їх впливу в порівнянні з катками з гладкими вальцями, при повторних проходах яких площа контакту і глибина поширення напруг постійно зменшується.

Ефективне ущільнення грунту укочуванням забезпечується за умови, що питомий тиск робочого органу катка на грунт близько до його межі міцності. При недостатніх контактних тисках необхідна щільність не може бути досягнута, а при перевищенні тиску виникають явища місцевого разуплотнения (волнообразованіе перед колесами ковзанок). При ущільненні котками на пневматичних шинах межа міцності становить: пісків і супісків 3. 4, легких суглинків 4. 6, важких суглинків 6. 8, глин 8. 10 Па. Відповідно до цього, при ущільненні зв'язкових грунтів рекомендується застосовувати катки з тиском в шинах 5. 6 атм. а при ущільненні незв'язних грунтів - в межах 2. 3 атм. Конструкція ковзанок на пневматичних шинах дозволяє регулювати як тиск в шинах, так і масу катка, що залежить від його завантаження баластом.

Самохідні катки на пневматичних шинах відрізняються від причіпних більшою маневреністю, тому вони знаходять широке застосування на ділянках невеликого протягу і при обмеженому фронті робіт.

Кулачкові катки рекомендується використовувати для ущільнення важких зв'язкових грунтів, особливо грудкуватих. Особливість роботи цих ковзанок полягає в тому, що вони ущільнюють грунт, розташований нижче рівня заглиблення кулачків, верхню ж частина шару, що знаходиться вище цього рівня, розпушують. Ущільнення цієї частини шару, товщина якої зазвичай не перевищує 5. 6 см, досягається після відсипання і укатки наступного шару. Барабани кулачкових катків виготовляють порожнистими для можливості їх завантаження баластом.

Для ущільнення незв'язних грунтів кулачкові катки неефективні, так як такі грунти вони тільки розпушують. Хороші результати досягаються при використанні кулачкових катків в комплекті з катками на пневматичних шинах. В цьому випадку в початковій стадії ущільнення пухкий грунт коткують кулачковими катками, а для остаточного ущільнення і додання необхідної щільності і рівності верхній частині шару, використовують катки на пневматичних шинах.

Ґратчасті катки ефективні для ущільнення грудкуватих зв'язкових грунтів, гравелістих, а також містять мерзлі грудки. Вальці цих ковзанок зроблені з зварений чи литий решітки з квадратними осередками 15'15 або 20'20 см. Ґратчасті катки, також як кулачкові, раціонально застосовувати в комплекті з катками на пневматичних шинах.

Продуктивність ковзанки, м 3 / зміну, можна визначити за формулою

де Т - тривалість зміни, ч;

К - коефіцієнт використання робочого часу (Кв = 0,85);

L - довжина захватки, м;

Н - товщина шару, що ущільнюється в щільному тілі, м;

в - ширина вальця котка, м;

по - ширина смуги перекриття сліду попереднього проходу м, (в = 0,2 м);

V - робоча швидкість, м / с;

tпов - час на поворот, с;

п - необхідне число проходів катка по одному сліду.

При ущільненні грунтів вібрацією взаємне переміщення частинок виникає внаслідок коливання, що повідомляються вібратором. В процесі взаємних переміщень частинки поступово займають все більш стійке положення, чим забезпечується підвищення щільності ґрунту. Ущільнення вібрацією добре піддаються незв'язні і малосвязние грунти. Суглинки і глини, що характеризуються переважанням м'яких частинок і хорошим зчепленням, ущільнювати вібрацією неефективно. Найбільше застосування в дорожньому будівництві отримали причіпні вібраційні катки. Робочим органом віброкатка є жорсткий валец, повідомляє грунту коливальні рухи і одночасно впливає на нього своєю масою. Значно рідше для ущільнення грунту використовують віброплити.

Основними параметрами, що характеризують вібраційні машини, є їх маса, обурює сила, частота коливань і розміри робочого органу - вальца або плити.

Продуктивність вібраційних машин визначають за формулою

де - коефіцієнт використання робочого часу з урахуванням поворотів, рівний 0,7. 0,8. Інші позначення так само, як в (1.10.1).

В останні роки віброущільнення набуває все більшого поширення, збільшується різноманітність машин, особливо перспективними вважають самохідні вібраційні катки комбінованої дії. Віброкатків масою 4. 5 т ущільнюють грунт шарами 40. 50 см, катками більшої маси - шари товщиною 60. 80 см. Кількість проходів по одному сліду при оптимальній вологості грунту становить чотири - п'ять.

Трамбування є ефективним універсальним способом ущільнення, придатним для будь-якого виду грунтів. Важливою перевагою трамбування є можливість ущільнювати грунт шарами більшої товщини, ніж при застосуванні інших способів ущільнення, і в умовах обмеженого простору. Найбільш простим пристроєм для ущільнення ґрунтів трамбуванням є трамбують плита, підвішена до стріли екскаватора або крана. Маса плит від 2. 3 до 12. 15 т, висота підйому і скидання плити на початку 2 м, потім 5. 6 м. Товщина шару, що ущільнюється дорівнює ширині плити. Кількість ударів два - три. Ущільнення верхнього шару виробляють катками або скиданням плити з висоти 0,5 м.

Поряд з трамбуючими плитами для ущільнення грунту трамбуванням можуть бути використані трамбують машини зі вільнопадаючими плитами на базі гусеничних тракторів, дизель-трамбувальні машини, робочими органами яких служать дизель-трамбування і ін.

Продуктивність трамбуючої машини можна визначити за формулою

де В - ширина плити, м.

Оптимальну товщину шару, що ущільнюється гладкими Вальцова катками, кулачковими катками і катками на пневматичних шинах можна визначити за формулами, наведеними в табл. 1.10.2.

Формули для визначення оптимальної товщини шару, що ущільнюється

Прімечаніе.В чисельнику дані, відповідні необхідному коефіцієнту ущільнення 0,95, в знаменнику коефіцієнту ущільнення 0,98. 1,0.

В даний час найбільш поширеними засобами ущільнення грунтів є причіпні катки на пневматичних шинах, кулачкові, вібраційні і гратчасті. Вони прості в експлуатації. Вартість робіт при їх використанні нижче, в порівнянні з іншими ущільнювальними машинами. Однак недоліками їх є порівняно невелика товщина шару, що ущільнюється і можливість застосування тільки на ділянках довжиною не менше 50. 100 м, і шириною не менше 10. 12 м.

Для ущільнення укосів використовують гладкі вальці, вібровальци або трамбують плити, змонтовані у вигляді навісного обладнання до автомобільних кранів або екскаваторів.