5.7. Машини для ущільнення грунтів.

Штучне ущільнення – ефективний і дешевий спосіб стабілізації механічних властивостей насипних грунтів. Його якості оцінюються коефіцієнтом ущільнення, який визначається як відношення досягнутої щільності до найбільшої стандартної. Грунти можна ущільнювати вкочуванням, трамбуванням, вібруванням або сполученням цих способів. Ущільнення вкочуванням відбувається у результаті тиску, що створює вальцями або колесами, які перекочуються по поверхні грунту. За таким принципом працюють котки. Ущільнення трамбуванням здійснюється ударами робочих органів трамбуючих машин. Ущільнення вібруванням грунтується на передачі грунтові коливальних рухів, внаслідок яких відбувається взаємне переміщення твердих часток, яке приводить до ущільнення грунту. При вібруванні, як правило, робочий орган не відривається від поверхні. Якщо збурювальна сила перевищує визначену межу, робочий орган відривається від поверхні грунту, при цьому вібрування переходить у вібротрамбування.

Вкочування відбувається за допомогою причіпних, напівпричіпних та самохідних котків. Вони призначені для пошарового ущільнення грунтів та інших сипких матеріалів (гравію, щебеню та ін.) при спорудженні дамб, шляхових насипів, гребель, при засипанні канав тощо. Розрізняють котки статичної дії і віброкотки.

Котки ефективні на лінійних об’єктах значної протяжності або на великих площах.

За типом робочого органа котки бувають з гладкими, кулачковими, ребристими вальцями або пневмоколісні.

Гладкі котки ущільнюють грунт шарами 0,16...0,2 м без розпушування його поверхні або з незначним розпушуванням глибиною 1...3 см (в нез’вязних грунтах). Їх застосовують переважно для прокочування в один- два проходи поверхні грунту, ущільненої іншими котками, для вкочування щебеню і ущільнення дорожнього покриття. Роботу виконують човниковим способом або з розворотом в кінці проходки. На котках передбачають шкребки для знімання налиплого матеріалу. При вкочуванні асфальтобетону вальці змащують.

Кулачкові котки виготовляють причіпними (рис. 5.22, а). Вони мають робочі органи у вигляді кулачків 2 спеціальної форми, які прикріпляються до бандажів, одягнутих на порожнистий барабан 1. Останній заповнюють баластом (найчастіше піском). Поверхня від налиплого грунту очищається штирями, встановленими між рядами кулачків. Котки виготовляють масою 6...30т і розрізняють за розмірами барабанів, кількістю, формою і висотою кулачків. Вони ефективні для роботи на комкуватих і зв’язних грунтах. Перевага - ущільнення шару грунту завтовшки 0,4 м. Недолік - розпушування поверхні шару.

Робочі поверхні ребристих котків виготовляють з кількох співосних кільцевих бандажів з хвилеподібного зовнішніми поверхнями, виступи яких розміщені в шахматному порядку.

Обечайка решітчастого котка виготовляють із прутиків у вигляді решітки з квадратними ячійками. Подібно до кулачкових ребристі і решітчасті котки проводять глибинне ущільнення грунту, заглиблюючись у нього ребрами або прутиками. Для вкочування грунту на невеликих площах використовують комплект із декількох (п’яти) котків, які об’єднані спільними траверсами.

Рис. 5.22. Схеми ущільнюючих котків:

а- причіпного кулачкового; б- причіпного пневмоколісного; в- напівпричіпного пневмоколісного; г- самохідного пневмоколісного; д- причіпного вібраційного; 1- барабан; 2- кулачки; 3- баластні ящики; 4- пневмоколеса; 5,6- передні керовані та задні ведучі пневмоколеса; 7- двигун внутрішнього згорання; 8- клинопасова передача; 9- валець с віброзбуджувачем

Пневмоколісні котки можуть бути причіпними (рис. 5.22,б), напівпричіпними (рис. 5.22,в) та самохідними (рис. 5.22,г). Грунт ущільнюється пневматичними колесами 4, на які передається навантаження від баластних ящиків 3. Причіпні і напівпричіпні котки мають незалежну підвіску кожного колеса з баластним ящиком, що дозволяє одержувати рівномірне ущільнення незалежно від нерівності грунту. Їх застосовують для пошарового ущільнення зв’язних і незв’язних грунтів товщиною шару понад 0,45 м. Необхідна щільність грунту досягається за 6...8 проходів у зв’язних та 3...4 - у незв’язних грунтах. Самохідні пневмокотки виготовляють з міцно закріпленими на рамі осями пневмоколіс і застосовують в основному для ущільнення шляхових основ та покрить. Їх перевага порівняно з гладковалцьовими котками полягає в тому, що при вкочуванні вони не давлять щебінь. Робочий орган самохідних пневмоколісних котків - передні керовані 5 та задні ведучі 6 пневмоколеса, взаємне розташування яких дозволяє одержати суцільну полосу ущільненого матеріалу. При роботі самохідні котки переміщуються човниковим способом.

Причіпні та самохідні вібраційні котки застосовують для ущільнення незв’язних і малозв’язних грунтів та матеріалів. У такому разі вони у 8...10 разів ефективніші, ніж котки статичної діі. Під дією вібрації значно знижується сила тертя та зчеплення між частинками, що сприяє їх щільнішому вкладанню.

Причіпні котки бувають зі змінними вальцями і решітчастими вальцями. Всередині порожнистого вальця 9 (рис. 5.22,д) причіпного котка встановлюють віброзбуджувач, який приводиться у рух від ДВЗ 7 через клинопасову передачу 8. Самохідні віброкотки випускають дво- і тривальцьовими. Вмонтовані віброзбуджувачі мають ведучі вали. Привод віброзбуджувача виготовляють механічним або гідравлічним.

Самохідні комбіновані котки обладнують ведучим вальцем з пневматичних шин та керованим гладким металевим вальцем. Висока ефективність таких котків досягається за рахунок послідовного впливу вібрації і статичного навантаження. Привод ведучих вальців та віброзбуджувачів в основному виробляють гідравлічним. Збурювальна сила віброзбуджувача регулюється в широкому діапазоні і досягає 150...200 кН. При виконанні незначних об’ємів роботи щодо ущільнення незв’язних грунтів, щебеню, гравію у тісних умовах застосовують самопересувні вібраційні плити (рис. 5.23). На робочому органі - плиті 1 шарнірно кріпиться віброзбуджувач 2 спрямованої дії. Він фіксується у трьох положеннях: вертикально і в нахилі, вліво і вправо. Віброзбуджувач генерує збурювальну силу 12,5...63,0 кН, що в декілька разів перевищує вагу плити. В зв’язку з цим така плита працює в режимі вібротрамбування, тобто з відривом від ущільнювальної поверхні. З цієї ж причини при нахилі віброзбуджувача плита починає самопересуватися. Вали віброзбуджувача приводяться в дію від ДВЗ або електродвигуна через клинопасову передачу. Частіше всього така плита обладнана довгою віброізольованою ручкою, яка дозволяє спрямовувати її переміщення і здійснювати повороти. Віброплити, що виготовляються, мають продуктивність 300...900 м²/год, вагу 150...1400 кг; забезпечують ущільнення грунту на глибину 0,3...1,0 м.

Трамбуючі машини ущільнюють важкі зв’язні і незв’язні грунти шарами 1,0...1,5 м, а також грунти в природньому заляганні вільнопадаючими чавунними або залізобетонними вантажами з опірною поверхнею близько 1 м². Необхідна щільність насипного грунту досягається за 3...6 ударів по одному сліду.

Рис. 5.23. Схема віброплити:

а- при ущільненні без переміщення;; б- при переміщенні вліво; 1- плита; 2- віброзбуджувач

Ущільнення здійснюється за допомогою екскаватора - драглайна (рис. 5.24,а), на підйомному канаті якого підвішують вантаж 3. Канат 1 запобігає закручування вантажу. Вантаж підіймається вантажною лебідкою екскаватора і скидається на ущільнений грунт з висоти 1...2 м. Частота ударів не перевищує 0,05...0,1 с^-1, енергія одиничного удару 10...15 кДж. Продуктивність такого обладнання невелика, а вартість виконаних робіт - велика. Тому такі машини доцільно застосовувати при невеликих об’ємах роботи в скутих умовах.

Рис. 5.24. Ущільнюючі машини:

а- на базі екскаватора-драглайна; 1- канат для запобігання закручування вантажу; 2- підйомний канат; 3- вантаж; б,в- на базі трактора (б- зовнішній вигляд; в- кінематична схема); 1- редуктор відбору потужності; 2- напрямляючі штанги; 3- ущільнюючі муфти; 5- обгінна муфта; 6,7- нерухомі та рухомі блоки поліспасту; 8- канати; 9- двигун трактора; 11- кривошипи.

При значних обсягах робіт слід використовувати самохідні трамбуючі машини безперервної дії на базі гусеничних тракторів тягового класу 100 кН. Трактор обладнують ходозменшувачем, що забезпечує його повільний безперервний рух у процесі трамбування. Грунт ущільнюють двома чавунними плитами 3 (рис. 5.24,б,в), які почергово підіймають і опускають, ковзаючи по встановлених позаду трактора напрямляючих штангах 2. Плити підвішено на канатах 8. Вони охоплюють обвідні блоки 7 прикріплені до вантажів і до рами машини через пружинні амортизатори 4 і 10, що знижує динамічні навантаження в канатах. Рухомі блоки 7 поліспастів змонтовано на кривошипах 11. Останні приводяться в дію від двигуна трактора 9 через редуктор відбору потужності 1. При підійманні вантажу кривошипи міцно з’єднано з валом редуктора, а при опусканні вони від’єднуються від валу редуктора за допомогою обгінних муфт 5. Таким чином досягається вільне падіння вантажу. Швидкість руху машини підбирається така, щоб відбулася необхідна кількість ударів по одному сліду. Для компенсації переміщення машини в момент контакту вантажу з грунтом штангу 2 закріплюють до рами за допомогою еластичної підвіски.

Технічна продуктивність (м³/год) ущільнюючих машин безперервноі дії

, (5.18)

де B- ширина смуги ущільнення, м; в=0,1- ширина перекриття суміжних смуг ущільнення, м; u- середня швидкість руху машини, км/год; h- товщина шару ущільнення ,м; m- необхідна кількість проходів по одному сліду.