ГлавнаяПроизводительность выбираемых для уплотнения грунтов машин должна быть не ниже производительности отряда землеройно-транспортных машин. Весьма желательно, чтобы производительность машин для уплотнения грунтов превосходила производительность отряда. Зарубежная, и в частности американская, практика строительства указывает на выгоды некоторого запаса производительности, который может достигать 50%. Затраты на уплотнение всегда окупаются в дальнейшем при службе земляного полотна. В процессе строительства катки и другие средства никогда не простаивают, а продолжают работать даже и после того, когда требуемая плотность предполагается достигнутой. Опасность «переуплотнения» грунтов при этом практически отсутствует, но зато появляется уверенность не только в безусловном достижении требуемой плотности, но и в равномерности уплотнения.
Ранее неоднократно обращалось внимание на необходимость соответствия уплотняющих средств виду и состоянию грунта. При этом применительно к каждому типу машин приводились области их применения. Известное влияние на выбор средств уплотнения оказывает плотность грунта, которая получается после отсыпки его разными средствами. Для уплотнения рыхлых грунтов всегда необходимо применять два типа машин — легкий, который является вспомогательным, и тяжелый — основной. Вместе с тем предварительного уплотнения не требуется, если в начале процесса грунт уже несколько уплотнен, например, при отсыпке слоев скреперами и автомобилями-самосвалами.
При выборе средств уплотнения предпочтение всегда следует отдавать наиболее производительным и дешевым машинам, т. е. каткам. Однако в тех случаях, когда применение катков затруднено или просто невозможно, должны быть выбраны другие средства уплотнения.
Широкое применение получили прицепные или полуприцепные катки. Тягачи этих катков должны обеспечивать возможность получения разных скоростей движения, что необходимо для осуществления экономически выгодного и технически целесообразного рационального скоростного режима. Рациональным скоростным режимом предусматривается ведение первых и двух последних проходов катков на малой скорости, т. е. при движении тягача на первой передаче, тогда как все промежуточные проходы могут производиться на тех максимально возможных скоростях движения, которые могут быть развиты тягачом, однако они все же не должны превышать 12—15 км/ч. Практическая реализация такого скоростного режима становится возможной ввиду систематического снижения в процессе уплотнения коэффициентов сопротивления движению. Это снижение обычно позволяет гусеничным тракторам переходить при средних проходах с первой на вторую, а затем и на третью передачу.
Большое значение имеет правильный выбор толщины уплотняемого слоя грунта. При таком выборе должны обязательно учитываться местные грунтовые условия и, в частности, влажность грунта. Оптимальную толщину можно выбирать методом пробного уплотнения. Для этого на грунтовые основания отсыпают слой грунта, ширина которого должна быть не менее чем в 1,5—2 раза больше ширины полосы, соответствующей виду применяемой машины. Длина отсыпки должна быть не менее 30—40 м.
Отсыпаемый пробный слой целесообразно иметь переменной толщины. Пользуясь табл. 50, можно применительно к машине, предназначенной для уплотнения грунта, найти ориентировочную толщину слоя в плотном теле, а затем с учетом данных табл. 41 и видов оборудования, применяемого для возведения насыпи, найти значение толщины, которое соответствует рыхлому состоянию грунта, т. е. плотности в начале работы по уплотнению. Эту толщину принимают за среднюю пробного слоя. Максимальную толщину слоя назначают в 1,5 раза большей ее среднего размера, а минимальную толщину — на 20—30% меньше средней. Таким образом, по толщине пробный слой получается трехступенчатым. Переход от одной ступени к другой, а также въезды на поверхность опытного слоя, должны быть плавными. Отсыпать его следует теми же землеройно-транспортными машинами, которыми будут выполнять основные работы.
Пробный слой уплотняют последовательными проходами машин. После каждого прохода отбираются пробы и определяют плотность грунта. Пробы следует отбирать на участках насыпи равной толщины и каждый раз на новом поперечнике как на поверхности, так и на разных глубинах. Шаг отбора проб по глубине зависит от толщины слоя, при малой толщине он может быть выбран равным 10 см, а при толщине, превышающей 40 см, составляет 20 см. По итогам пробного уплотнения вычерчивают кривые зависимости относительных плотностей грунта на разных глубинах от числа проходов машин. Сопоставление этих кривых с требуемыми значениями позволяет находить оптимальную толщину слоя и необходимое для достижения требуемой плотности число проходов. Если грунт находится в рыхлом состоянии (при отсыпке насыпи грейдер-элеватором, бульдозером), предварительное уплотнение более легкими средствами применяется и при пробном уплотнении.
Пробное уплотнение можно вести и на слое одинаковой толщины. В этом случае толщина слоя должна быть заведомо больше оптимальной, а шаг отбора проб по глубине несколько уменьшен. Однако этот метод дает несколько заниженное значение оптимальной толщины слоя из-за отсутствия влияния более жесткого основания. Пробное уплотнение, в итоге которого находится оптимальная толщина слоя и необходимое число проходов, упрощает проведение полевого контроля за уплотнением грунта, который в процессе ведения работ и сводится к контролю за толщиной отсыпаемых слоев грунта, и количеством проходов по каждому слою. При любых средствах уплотнения следами каждого прохода должна перекрываться полная ширина земляного полотна и только после этого возможно переходить к совершению следующего прохода по тому же следу.
Для работы прицепных катков необходимо подготавливать участок (захватку) длиной не менее 200 м. С точки зрения повышения производительности катков, длину захватки выгодно выбирать возможно большей, так как при этом уменьшаются потери на повороты, и на промежуточных проходах возможно применение высоких скоростей движения. Ho вместе с тем эта длина ограничивается иными соображениями. Прежде всего весь процесс возведения слоя должен укладываться во время, в течение которого не происходит заметного ухудшения состояния грунта. Если время от начала отсыпки грунта до окончания уплотнения велико, то может снизиться влажность грунта, что затруднит его уплотнение, и, в худшем случае, сделает невозможным достижение требуемой плотности. Особенно ограничивать длину захваток приходится, когда происходит смерзание грунта. Длину захватки нередко уменьшают до 50 м, что уже затрудняет применение катков.
Длина захватки находится в тесной связи с производительностью отряда или механизированной колонны в целом. При широких возможностях выбора длину захватки обычно ограничивают участком, возведение земляного полотна на котором может быть завершено в течение рабочей смены. Отсыпка слоя по всей длине захватки должна сопровождаться планировочными работами, производимыми автогрейдером или бульдозерами. Целью этих работ является получение не только ровной поверхности, но и одинаковой толщины слоя. При скреперных работах планировочные работы могут быть сведены к минимуму.
Прицепные или полуприцепные катки последовательными проходами уплотняют грунт. При ширине насыпей 10 м и более повороты катков в концах участков затруднений не вызывают. Начинать уплотнение слоя следует с краев насыпей (рис. 100). Для того чтобы не происходило сползание откосов, края вальцов или колес катков не должны быть ближе 0,3 м от бровки. Перекрытие полосы уплотнения предыдущего прохода при последующем проходе обычно составляет 0,2—0,3 от ширины этой полосы. После того как вся ширина насыпи будет полностью перекрыта проходами катка, процесс повторяют до тех пор, пока количество проходов по одному следу не будет соответствовать необходимому для достижения требуемой плотности грунта. При такой схеме работы меньше всего проходов приходится па края насыпей, а вместе с тем их уплотнение особенно важно. Поэтому для хорошего уплотнения краевых полос по ним следует совершить дополнительные проходы.
При рыхлом грунте и особенно при крутых откосах высоких насыпей имеется опасность сползания катков под откос и даже их опрокидывания. Для этих случаев рекомендуется схема проходов, изображенная на рис. 101. Первые проходы каток совершает на расстоянии 2,0—2,5 м от бровки насыпи. При последующих проходах каток, сдвигая каждый раз уплотняемую полосу на 0,2—0,3 ее ширины, постепенно приближается к краям насыпи и уплотняет ее.
Уплотнение крайних полос насыпи несмотря на то что оно всегда затруднено, является обязательным, так как существенно повышает устойчивость грунтов, расположенных на откосах. При неуплотненных откосах часты сползания грунта, его размывы поверхностными водами и появление трещин. В СНиП 11-Д. 5-72 при высоте насыпей до 2 м крутизна откосов на дорогах I—III категорий принимается равной 1:4, а для дорог остальных категорий при высоте насыпей до 1 м — 1:3. Это положение значительно облегчает уплотнение грунтов на откосах и вблизи их, однако при высоких насыпях проблема продолжает быть такой же острой. Решается она по-разному ЦНИИС и ПКБ Минтрансстроя России спроектирована виброударная машина, рабочий орган которой может быть вынесен в сторону относительно осп трактора, на который он навешивается (см. рис. 85, в).
Соединение двух или нескольких прицепных катков в один агрегат, где оси вальцов, входящих в него, находятся как бы на одной геометрической оси, позволяет уплотнять грунт вблизи бровки. Однако и в этом случае при высоких насыпях, где нормами предусмотрены более крутые откосы, грунт в непосредственной близости от бровки остается неуплотненным. Это обстоятельство вызывает необходимость в специальном уплотнении на откосах высоких насыпей.
Для этой цели может быть использована устроенная на базе экскаватора пневмотрамбующая машина С-325 (рис. 102). Рабочий орган машины представляет собой воздушный молот, который передвигается по направляющим стрелы. Сжатый воздух подается от прицепных компрессоров, а удар о грунт производится через шабот. Удар внецентренный, что обеспечивает наклонное положение шабота и облегчает его передвижение в рабочем положении вверх по откосу. Обратное движение воздушного молота является холостым ходом. Масса ударной части молота — 365 кг, а ее ход — 240 мм. Частота ударов — 180 1/мин. Конструкция громоздка и потому работа с ней недостаточно удобна.
Для уплотнения откосов во Франции выпускается машина «Телепактор», которая передвигается по рельсам, уложенным на поверхности насыпи. Рабочим органом машины служат два гладковальцовых катка, которые могут быть и вибрационными. Эти катки при помощи канатов поочередно подтягиваются к машине. Обратное их движение к подошве насыпи осуществляется под действием силы тяжести. Машина требует значительных подготовительных работ, связанных с укладкой рельсового пути, и имеет относительно небольшую производительность. Вопрос уплотнения откосов еще ждет своего решения.
За последнее время в заграничной практике строительства получило некоторое распространение комбинированное уплотнение грунтов разными катками. Этим методом процесс уплотнения осуществляется в две стадии. Вначале грунт уплотняют кулачковыми или решетчатыми катками, при этом нижняя часть слоя оказывается уплотненной, а верхняя часть — разрыхленной. Доводят эту часть насыпи до требуемой плотности во второй стадии уплотнения, которая осуществляется прицепными катками на пневматических шинах. При этом может быть использован легкий тип катка. Комбинированное уплотнение допускает некоторое увеличение толщины уплотняемого слоя грунта на величину, которая после проходов кулачковых или решетчатых катков остается разрыхленной. При использовании тяжелых кулачковых катков это увеличение может быть существенным и достигать 10—15 см, т. е. составлять 30—40% от обычно выбираемой оптимальной толщины слоя. Вполне естественно, что комбинированное уплотнение применимо лишь для грунтов, которые возможно уплотнять кулачковыми или решетчатыми катками.
На линейных работах для уплотнения грунтов может быть применена трамбующая машина Д-471. Эта машина может быть также с успехом использована для уплотнения грунтов естественных оснований и для грунтов пониженной влажности. Перед началом уплотнения слой разравнивают бульдозером. Уплотнение начинают от края насыпи с постепенным переходом к ее середине и перекрывая след полосы предыдущего прохода на 0,1—0,2 м. При рыхлых грунтах для повышения проходимости машины во избежание излишне большого погружения ее трамбующих плит грунт предварительно следует уплотнить несколькими проходами прицепного катка.
При сравнительно небольшом объеме линейных работ, когда длина захватки не превышает 50—100 м, выгодно использовать взрывные трамбовки массой 500 и 1000 кг. При этом толщина слоя в плотном теле может быть доведена соответственно до 40 и 60 см.
Взрывные трамбовки могут быть применены для уплотнения как связных, так и несвязных грунтов, но только в летнее время. Выгодна групповая работа взрывных трамбовок, когда возводимая насыпь уплотняется несколькими машинами (рис. 103). При такой работе тромбовки двигаются уступом. Первая трамбовка перемещается по полосе, расположенной в непосредственной близости от бровки насыпи, а последующие по полосам, постепенно приближающимся к оси насыпи. Перекрытие полос должно быть 0,10—0,15 м. При достаточном количестве трамбовок одним проходом их группы может быть перекрыта половина ширины насыпи. В конце захватки группа начинает движение в обратном направлении на этот раз уже по другой стороне насыпи. В таком же порядке выполняются последующие проходы. Для доведения грунта до требуемой плотности обычно требуется два-три прохода по одному следу при несвязных грунтах и четыре-пять проходов при связных грунтах. Рыхлые грунты перед работой взрывных трамбовок следует уплотнить несколькими проходами катка.
При работе трамбующей плиты на экскаваторе (рис. 104) ширину полосы уплотнения следует принимать такой, чтобы угол α был не более 45°. Это условие соответствует ширине полосы, равной полуторному радиусу поворота стрелы. Подъем и сбрасывание плиты сочетаются с работой поворотного механизма с таким расчетом, чтобы число ударов по каждой точке поверхности было не менее необходимого (см. рис. 84) для достижения требуемой плотности.
Для уплотнения рыхлых грунтов число ударов велико, кроме того, при первых ударах может быть легко превзойден предел прочности грунта. В этом случае по каждой полосе уплотнения выполняют два прохода плитой сначала при повороте поворотной платформы в одну, а затем в другую сторону. Первый проход выполняют при небольшой высоте сбрасывания плиты. Экскаватор передвигают после полного уплотнения грунта на полосе. Шаг передвижки принимают разным разности между поперечным размером плиты и величиной перекрытия предыдущей полосы. Перекрытие составляет 0,2—0,5 от поперечного размера плиты. Относительно большая величина перекрытия обеспечивает получение ровной поверхности.
Вибрационные плиты выгодно применять на прямолинейных участках небольшой длины при длине захватки 50—100 м. При групповой работе машин длина захватки может быть увеличена до 200 м. Уплотнение грунтов плитами затруднено на участках с значительными поперечными уклонами, поэтому их не следует применять на косогорах и при устройстве виражей. Групповая работа плит может быть организована по такой же схеме, что и взрывных трамбовок (см. рис. 103). Плиты выгодно спаривать в агрегаты, состоящие из двух-трех машин, что увеличивает ширину уплотняемой полосы и повышает их производительность. При последовательных проходах вибрационных плит по одной полосе на поверхности уплотняемого слоя появляются неровности в виде плавных волн. Для того чтобы их избежать или уменьшить, применяется диагональная схема уплотнения, при которой плиты (перемещаются не параллельно оси насыпи, а под некоторым углом к ней, от одного края насыпи к другому. Такая схема работы применима и при спаренных плитах.
Прицепные вибрационные катки могут работать по тем же схемам, что и невибрационные. Если грунты слишком рыхлые, первый проход катки совершают при выключенных возбудителях колебаний. Скорости движения катков, во избежание заметного снижения эффекта уплотнения, не должны превышать указанные выше пределы.