ГлавнаяПри выборе средств уплотнения обязательно следует учитывать вид грунтов и их влажности, необходимо также знать параметры, характеризующие сопротивляемость грунтов деформированию, т. е. пределы прочностей и модули деформации. Во внимание должны приниматься значения этих парам, соответствующих концу уплотнения, так как именно в конце процесса происходит окончательное формирование прочной и плотной структуры грунта.
Объекты работ в основном характеризуются размерами их фронта и толщиной слоев. Наибольшие объемы грунтов уплотняются при линейных работах, связанных с возведением земляного полотна большой протяженности. При таких работах обычно нет ограничений в выборе длины захватки, толщина уплотненного слоя не задана заранее и может назначаться в соответствии с применяемыми средствами уплотнения. Некоторым исключением из этого правила служат линейные работы по уширению земляного полотна и особенно, когда это уширение выполняют из боковых резервов бульдозерами. Здесь толщина слоев, как правило, превышает обычные значения и определяется не только типом машины для уплотнения, но и организацией работ. Ограничена и ширина уплотняемой полосы.
Наряду с линейными имеются также и работы, связанные с уплотнением грунтов в труднодоступных «узких» местах. К таким работам относится уплотнение грунтов в траншеях при обратной их засыпке, вблизи устоев, труб и других искусственных сооружений и т. п. Te машины, которые могут быть использованы для уплотнения связных и несвязных грунтов как в летнее, так и в зимнее время, можно полагать полностью универсальными.
Машины для уплотнения грунтов входят в состав механизированных отрядов или колони, где основными являются землеройные или землеройно-транспортные машины. Поэтому производительность машин для уплотнения грунтов должна соответствовать или быть кратной производительности отряда или механизированной колонны.
В табл. 50 приведено сопоставление технико-экономических показателей машин, предназначенных для уплотнения грунтов, и практические рекомендации по их применению. Стоимость дана в условных единицах, причем за единицу принята величина, соответствующая уплотнению грунтов прицепными катками на пневматических шинах, которые в настоящее время имеют наибольшее распространение. Принято, что легкие кулачковые прицепные катки работают в сцепе из двух-трех катков. Производительность зависит от вида грунта и организации работ, и поэтому в таблице она колеблется в широких пределах.
Из таблицы видно, что наиболее производительными уплотняющими машинами являются катки, которым соответствует и наименьшая стоимость работ.
Катки на пневматических шинах уплотняют как связные, так и несвязные грунты и могут работать зимой. К положительным качествам катков, особенно прицепных, следует отнести простоту устройства и ухода за ними в процессе эксплуатации, а также высокую надежность и долговечность. Вместе с тем катками возможно уплотнять грунты при сравнительно небольшой толщине слоя. Их работа рентабельна, а в ряде случаев и возможна только на линейных объектах, обеспечивающих широкий фронт. Так, высокая экономическая эффективность обеспечивается при длине захватки, превышающей 100 м, и ширине уплотняемой полосы не менее 10—12 м. Самоходные варианты катков на пневматических шинах сложны по своей конструкции, обладают меньшей проходимостью и более высокой стоимостью единицы работы, что ограничивает их применение уплотнением конструктивных слоев дорожных одежд, устраиваемых из укрепленных грунтов. На таких работах эти катки значительно рентабельнее других средств уплотнения, а при грунтах, укрепленных органическими вяжущими материалами, они по существу являются единственным целесообразным средством уплотнения.
Кулачковые прицепные и полуприцепные катки имеют на поверхности вальца кулачки, которые при первом проходе, когда грунт еще рыхлый, полностью в него погружаются, вследствие чего в контакт с поверхностью может входить также и валец катка. Глубокому погружению кулачков в грунт способствует высокое контактное давление, которое значительно превышает предел прочности грунта. При таком погружении под каждым кулачком образуется уплотненное ядро, которое вместе с ним перемещается вниз вплоть до упора в плотное и практически недеформируемое основание, которым обычно служит поверхность ранее уплотненного слоя. На поверхности вальца располагают большое количество кулачков, поэтому после первого же прохода остается большое число ядер, которые оказываются расположенными в шахматном порядке и вблизи друг от друга. Объемы грунта, расположенные между ядрами, несколько уплотняются в результате пластического течения агрегатов грунтовых частиц из-под кулачков в стороны. При последующих проходах, в связи с тем что расположение в плане мест контактов кулачков с грунтом является случайным, происходит уплотнение грунта, расположенного в промежутках между ядрами, и наращивание ранее уплотненного слоя грунта. Это приводит к уменьшению погружения кулачков в грунт. Однако благодаря высоким контактным давлениям, даже в конце уплотнения, когда грунт уже плотный, кулачки все же погружаются на какую-то глубину, до которой поверхность грунта остается разрыхленной. Эту разрыхленную часть слоя уплотняют уже потом, когда после отсыпки следующего слоя грунта она оказывается расположенной в нижней части нового слоя.
Таким образом, уплотнение грунтов при работе кулачковых катков идет не сверху вниз, как при работе других машин, а снизу вверх. Поэтому погружение кулачков в грунт при первых проходах катков — обязательное условие для успешного уплотнения грунта. Это обстоятельство обусловливает возможность применения этих катков только на рыхлых связных грунтах. При грунтах несвязных и малосвязных вследствие высоких контактных давлений происходит интенсивное перемещение частиц грунта и их групп в стороны и вверх, что препятствует образованию уплотненных ядер и создает условия для непрерывного разрушения формирующейся структуры грунта.
Решетчатые катки применяют главным образом для уплотнения грунтов, включающих крупные частицы. Они успешно уплотняют крупнообломочные грунты и рентабельны в зимнее время, когда грунт содержит некоторое количество мерзлых комьев, которые дробятся при укатке. Эти катки, так же как кулачковые и на пневматических шинах, применимы только при линейных работах, т. е. при наличии большого фронта работ.
Трамбующие машины в отличие от остальных способны уплотнять грунты слоями большой толщины. Они пригодны для уплотнения как связных, так и несвязных грунтов в летнее и зимнее время. Таким образом, эти машины полностью универсальны. Однако их работа обходится дороже, чем катков, что особенно относится к трамбующим плитам. Плиты монтируются как сменное оборудование на дорогих машинах (экскаваторах), что и повышает стоимость работ. Кроме того, возникающие при работе динамические нагрузки способствуют преждевременному износу экскаваторов. Поэтому плиты следует применять только в исключительных случаях, когда другие механизмы оказываются непригодными. Следует также отметить, что экскаваторы нецелесообразно перемещать на большие расстояния своим ходом, поэтому применение плит должно ограничиваться сосредоточенными работами.
Трамбующие плиты на экскаваторах можно рекомендовать для уплотнения грунтов естественных оснований, когда необходимая глубина уплотнения превышает возможности других машин, а метод предварительного изъятия грунта с последующей послойной обратной его засыпкой оказывается нерентабельным. Они могут быть также применены при уширении земляного полотна, уплотнении грунтов в траншеях, вблизи краев насыпей, устоев искусственных сооружений и т. п. Плитами хорошо уплотняются крупнообломочные грунты и каменные наброски, устроенные из не слишком крупных камней. Они рентабельны при уплотнении грунтов насыпей, проходящих через узкие глубокие овраги, когда послойная отсыпка грунта более тонкими слоями оказывается затруднительной.
В отличие от плит на экскаваторах трамбующие машины, монтируемые на базе гусеничных тракторов, к числу которых относится машина Д-471, могут применяться на линейных работах.
Вибрационные машины, как самоходные плиты, так и катки, рентабельны только при уплотнении несвязных грунтов. Вибрационными катками можно уплотнять также и связные грунты, однако толщина слоя при этом лишь незначительно превышает толщину, уплотняемую гладкими невибрационными катками той же массы, и поэтому не окупается их более дорогая работа.
Вибрационными машинами уплотняют также несвязные гравелистые грунты, щебеночные основания и каменные наброски, состоящие из камней, поперечные размеры которых не превышают 15—20 см. Уплотнение несвязных гравелистых и крупнообломочных грунтов вибрационными машинами и, в частности, самоходными вибрационными плитами наиболее рентабельно. Такие грунты другими средствами уплотняются значительно хуже. Вибрационные плиты массой до 200 кг успешно применяют для уплотнения несвязных грунтов в траншеях при обратной их засыпке. Тяжелые вибрационные плиты массой 700 кг и более могут применяться при линейных работах. Конструкцией этих плит обычно предусматривается возможность соединения в один ряд двух-трех машин, что позволяет уплотнять широкую полосу грунтовой поверхности и тем самым повышает производительность этих машин.
Только вибрационными или трамбующими машинами могут быть уплотнены сухие мелкозернистые и особенно одномерные пески.
Основным преимуществом вибрационных катков с гладкими вальцами по сравнению с невибрационными является возможность получения такого же эффекта уплотнения при меньшей массе катка и числе проходов.
В настоящее время заводами ГДР выпускаются прицепные кулачковые вибрационные катки. Они целесообразны для уплотнения несколько переувлажненных связных грунтов. Оказываемое на эти грунты вибрационное воздействие вызывает тиксотропные превращения переувлажненных грунтов, что облегчает их уплотнение. Достигаемая в итоге плотность грунта определяется его влажностью, при высоких значениях влажности плотность будет ниже требуемых значений.
Приведенные соображения являются общими и применительно к конкретным условиям позволяют правильно выбрать вид машины. Однако в пределах каждого вида имеется несколько моделей машин, которые воздействуют на грунт с разной интенсивностью. Кроме того, путем балансировки, изменением давления воздуха в шинах или регулированием высоты трамбующего органа можно изменять и интенсивность воздействия на грунт каждой модели машины. Поэтому очень важно в зависимости от вида и состояния грунта выбрать такую интенсивность воздействия на грунт, которая будет способствовать получению плотной и прочной структуры. Методы такого выбора и рассматриваются в дальнейшем.
В табл. 51 приведены данные, характеризующие возможное распространение различных средств уплотнения грунтов. Таблица составлена применительно к сооружению земляного полотна автомобильных дорог в результате анализа распространения на территории России различных грунтов и видов выполняемых работ. Для получения необходимых данных были использованы результаты массовых обследований дорожной сети и произведен анализ проектов строящихся дорог.
Из таблицы видно, что основной объем работ — 70% —выполняется катками различных видов. Если учесть еще вибрационные катки, то общий объем работ составит 85%. Таким образом, катки являются основным видом машин. Благодаря высокой производительности относительное количество катков в общем парке машин может быть равно 75%. Трамбующими машинами и вибрационными плитами выполняются сравнительно небольшие объемы работ, которые, однако, не могут быть выполнены катками.
Таким образом, в практике строительства находят применение все виды машин. Поэтому неправомочным является вопрос о сокращении уже установившейся номенклатуры видов машин и замене всех машин каким-либо одним их видом.