Главная
Новости
Ремонт
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Воздухоопорные сооружения
Грунтовые основания




19.10.2017


19.10.2017


19.10.2017


19.10.2017


19.10.2017


19.10.2017


16.10.2017


16.10.2017


13.10.2017


13.10.2017





Яндекс.Метрика
         » » Уплотнение грунтов решетчатыми катками

Уплотнение грунтов решетчатыми катками

03.12.2015

Решетчатые катки начали применять уже в послевоенное время. Они получили значительное распространение в заграничной практике строительства, где выпускаются не только прицепные, но и самоходные и полуприцепные модели этих машин. В России освоение решетчатых катков по инициативе Ленинградского филиала Союздорнии и Дорожного управления Минавтошосдора Латвии было начато в 1960 г. Эксплуатацией этих катков установлена высокая их эффективность, особенно при зимнем строительстве.
Вальцы катков выполняют из решетки, которая укрепляется или приваривается на бортовых и средних кольцах, изготавливаемых из стали стандартного профиля. Решетки делают из круглой прутковой стали методом плетения или сварки. Часто решетки собирают из отлитых стальных звеньев. В этих катках легко решается проблема очистки вальца катка от налипаемого грунта. Комья грунта продавливаются через решетку внутрь вальца. При вращении его под действием собственной силы тяжести они падают на расположенные внутри вальцов конусы и, двигаясь по их поверхностям, сбрасываются в стороны. Конусы установлены так, что их основания находятся внутри вальцов. Хорошая очистка вальцов от грунта — преимущество этих катков по сравнению с кулачковыми, где эта проблема полностью еще не решена и налипший грунт часто затрудняет работу катков. Вместе с тем работа этих катков в зимнее время на переувлажненных грунтах из-за смерзания грунта с решеткой весьма затруднена. Поэтому уплотнять переувлажненные грунты решетчатыми катками, как впрочем и всеми другими средствами, не следует.
Прицепные решетчатые катки устраивают двухсекционными, их можно догружать балластом, в качестве которого обычно служат устанавливаемые на раме катков бетонные блоки.
По массе прицепные решетчатые катки разделяются на легкие и тяжелые. Легкие катки имеют массу до 15 т, тяжелые от 16 до 30 т. Это деление условно, так как один и тот же каток в зависимости от балластировки может быть легким и тяжелым. Масса катков с балластом, выпускаемых в России, достигает 25—29 т. В заграничной практике строительства получили большое распространение легкие решетчатые катки массой 6—8 т. Там выпускают также и катки массой 20 т.
Оценить воздействие решетчатого катка на грунт можно величиной условного линейного давления q, представляющего собой частное от деления полной нагрузки, приходящейся на валец, на его ширину.
Решетка характеризуется двумя параметрами — диаметром прутка dпр и поперечным размером «окна» в свету D (рис. 77). Окна имеют квадратную форму.
Уплотнение грунтов решетчатыми катками

Замкнутый элемент решетки образуется поперечными и продольными прутками. Ввиду относительно большого радиуса вальца по сравнению с размерами окна кривизной продольных прутков можно пренебречь, т. е. полагать элемент плоским. На элемент решетки действует какая-то сила Р, представляющая собой часть общей нагрузки на валец. Под действием этой силы решетка погружается в грунт на глубину, которая при рыхлых однородных грунтах превышает диаметр прутка. На контакте прутков решетки с грунтом действуют контактные давления σ0, которые приближенно могут быть определены как частное от деления нагрузки P на контактную площадь F, зависящую от глубины погружения решетки в грунт. При погружениях, равных и более 0,5 dпр, площадь F стабилизируется и среднее контактное давление становится равным пределу прочности грунта σр:
Уплотнение грунтов решетчатыми катками

где L — периметр элемента решетки, одновременно находящийся в контакте с поверхностью грунта.
Исследования, проведенные при участии Л. П. Лингайтиса, показали, что под каждым прутком решетки образуется напряженная зона А (см. рис. 77). Поля напряжений, образующихся под прутками решетки, накладываются друг на друга, что на некотором удалении от поверхности усиливает напряженное состояние объемов грунта В, расположенных под окном решетки. Так, на элементарные объемы грунта, расположенные на некоторой глубине, по вертикальной оси окна действуют напряжения, на которые оказывают влияние контактные давления четырех прутков. Вместе с тем в верхней зоне Б напряженное состояние грунта полностью отсутствует. Уровень напряженного состояния тем выше, а следовательно, и достигаемая плотность грунта тем больше, чем значительнее нагрузка P и меньше поперечный размер окна D. Вместе с тем небольшие поперечные размеры окон ведут К уменьшению глубины проработки и к ухудшению очистки вальца катка от налипшего грунта, что лишает каток одного из основных преимуществ. Поэтому при проектировании катков поперечный размер окна выбирают с таким расчетом, чтобы при хорошей очистке обеспечить получение требуемой плотности грунта.
За основной параметр решетки катка может быть принят диаметр прутка dпр, так как при постоянных значениях контактных давлений объем напряжений зоны А зависит только от этого диаметра. Поперечный размер окна D может быть выражен в относительных единицах, т. е. в долях от диаметра прутка dпр.
Изменение напряжений σ по глубине h под решетчатым штампом имеет иной характер, чем под сплошным штампом (рис. 78). Если под сплошным штампом изменение напряжений отображается плавной кривой, которая при некоторых условиях близка к кривой Буссинеска, то при решетчатом штампе грунт вблизи поверхности практически не напряжен. Напряженное состояние в центре окна возрастает по мере удаления от поверхности, достигает максимума, а затем уменьшается. Ta глубина, на которой напряжение достигает максимума, определяется относительным размером окна и увеличивается с его увеличением. Так, при D/dпр = 1,8—2,7 максимум расположен на глубине (2,5—3,5) dпр, а при D/dпр = 3,6—4,5 он находится уже на глубине (5—6) dпр. Уменьшаются и максимальные напряжения: в первом случае оно равно (0,5—0,6) σ0, а во втором — (0,4—0,5) σ0.
Уплотнение грунтов решетчатыми катками

Таким образом, при большем окне максимум напряжения расположен на большой глубине, а следовательно, и больше глубина проработки грунта. Однако как относительное, так и абсолютное напряжения снижаются, что уменьшает получаемую плотность. Поэтому увеличение поперечных размеров окна целесообразно лишь до рациональных пределов.
На основании опытных данных построен рис. 79. Он в зависимости от относительного поперечного размера окна решетки позволяет находить ту предельную глубину hпр, на которой в процессе уплотнения, по условиям развивающихся на этих глубинах напряжений еще может быть достигнута относительная плотность (0,95—1) δmax. На этом графике обозначены также границы на глубине тех зон h'р и hр, внутри которых вследствие недостаточного напряженного состояния плотности грунтов равны (0,9—0,95) δmax и оказываются менее 0,9 δmax. При этом предполагается, что каток имеет достаточную массу, которая обеспечивает контактные давления на поверхностях контактов прутков с грунтом, равные пределам прочности. Этот график может быть отнесен как к связным, так и несвязным грунтам. Из графика, например, следует, что при относительном размере окна, равном 4dпр, поверхностный слой грунта до глубины, равной 1,5 dпр будет иметь плотность менее 0,9 δmax, а в интервале глубин (1,5—4) dпр его плотность будет находиться в пределах (0,9—0,95) δmax и, наконец, начиная с глубины 4 dпр и до 2 глубины, равной 8 dпр, грунт приобретает плотность (0,95—1) δmax. Таким образом, пользуясь этим графиком, можно для каждого катка получить ясную картину не только достигнутой в итоге плотности грунта, но и изменения этой плотности по глубине.
Из графика видно, что с увеличением поперечного размера окна решетки глубина проработки грунта возрастает, причем закономерность ЭТОГО роста сходна с экспоненциальной кривой. Поэтому, начиная с поперечных размеров окна D, равных (4—5) dпp, дальнейшее увеличение глубины проработки становится уже не столь значительным. Вместе с тем, как это видно из графика, с увеличением окна растет также и толщина верхнего неуплотненного слоя грунта. Поэтому окна более (5,5—6) dпр становятся уже невыгодными. Анализ показывает, что лучшая производительность катков достигается при размере окна решетки (4—5) dпр. При этом размере достигается требуемый эффект уплотнения и реализуются преимущества решетки. Глубина проработки грунта здесь равна около 8 dпр, а поверхностный слой, где плотность грунта обычно не превышает 0,9δmax, имеет толщину около 2 dпр. Недоуплотненный грунт поверхностного слоя доводится до требуемой плотности при уплотнении последующего слоя, когда он оказывается внизу. Поэтому, строго говоря, толщина уплотняемого слоя равна разности толщин, определяемых кривыми h'пр и h'р (см. рис. 79).
Уплотнение грунтов решетчатыми катками

Производительность при уплотнении грунтов, а также и равномерность распределения плотности по глубине могут быть увеличены, если работа решетчатого катка сочетается с работой катков на пневматических шинах. После завершения уплотнения слоя грунта решетчатым катком каток на пневматических шинах уплотняет верхний разрыхленный слой грунта. Так как толщина этого слоя сравнительно невелика, могут быть применены легкие модели этих катков.
Крупные включения — мерзлые комья грунта, куски горных пород и т. п. — изменяют картину распределения напряжений по глубине, уменьшая их перепад.
Поэтому для грунтов, содержащих крупные твердые включения, толщина уплотняемого слоя может быть на 20—30% больше, чем рыхлых грунтов.
Существующие конструкции решетчатых катков в зависимости от их массы и размеров снабжаются решетками, у которых поперечные размеры окон находятся в пределах 80—160 мм.
При тяговых расчетах следует принимать коэффициент сопротивления движению f, равный 0,25, что соответствует движению катка по рыхлым грунтам. К концу процесса коэффициент снижается до 0,12—0,15.
Масса катков должна соответствовать уплотняемым грунтам и обеспечивать получение контактных давлений, равных пределам прочностей уплотняемых грунтов. В противном случае эффект уплотнения в отношении как глубины проработки грунта, так и достигаемой в итоге плотности будет снижен. Выбор типа катка следует производить, руководствуясь табл. 43, по которой находится соответствующий данному виду грунта предел прочности. Должно соблюдаться следующее неравенство:
Уплотнение грунтов решетчатыми катками

где Q — сила тяжести катка; F — суммарная контактная поверхность; к — безразмерный поправочный коэффициент на несоответствие расчетного значения F с действительным; можно принимать к = 0,6—0,8.
Полагая, что контактная поверхность образуется одним рядом элементов решетки, расположенным на образующей вальца, можно найти, что
Уплотнение грунтов решетчатыми катками

где L — ширина вальцов, которая при двухсекционном катке равна удвоенной ширине одного вальца, см; dпр и D — диаметр прутка и поперечный размер окна решетки в свету, см.
Формулы (88) и (89) относятся к работе катка на мелкозернистых однородных грунтах, а также на грунтах с твердыми включениями, поперечные размеры которых не превышают 5—10 см. Для уплотнения грунтов с более крупными включениями, например мерзлыми комьями, когда требуется их дробление, необходим каток, масса которого в 1,3—1,5 раза больше массы катка для уплотнения однородного мелкозернистого грунта.