1.2. Ущільнення ґрунту
Іншим способом покращенням ґрунту, що широко використовується в дорожньому будівництві є його ущільнення.
Методи ущільнення ґрунтів поділяються на поверхневі, коли ущільнення виконують на поверхні і які викликають ущільнення порівняно невеликої товщини шарів, і глибинні при передачі ущільнюючих впливів на значні по глибині ділянки ґрунтового масиву.
Поверхневе ущільнення виконують укоченням, трамбуванням, вібрацією, поверхневими вибухами та ін засобами. До методів глибинного ущільнення відносяться влаштування ґрунтових паль, глибинне віброущільнення, ущільнення статичним привантаженням разом з влаштуванням вертикального дренажу, водопониження, глибинні вибухи та ін.
При будь-якому режимі ущільнення підвищення щільності грунту проходить тільки до певної межі, яка залежить від виду та фізичного стану грунту.
За ущільнену зону приймають таку товщину грунту, в межах якої щільність скелету грунту (коефіцієнт ущільнення) не нижча заданого в проекті або допустимого її мінімального значення.
Ущільнення укоченням
Внаслідок того, що укоченням вдається ущільнити грунти тільки не невелику товщину, цей метод в основному використовують при пошаровому зведенні ґрунтових подушок, насипів земляного полотна та при підсипці основ під підлоги.
Ущільнення укоченням виконують самохідними і причіпними котками на пневмоходу, завантаженими скреперами, автомашинами, тракторами та ін. Ущільнення досягається багаторазовим проходженням по одному сліду ущільнюючих механізмів (від 6 до 12 раз). Причому вологість ґрунтів при ущільненні повинна відповідати оптимальній. При вологості меншій за оптимальну, грунти необхідно зволожувати, а при більшій – просушити.
При укоченні грунт ущільнюють під дією тиску від вальців чи коліс. Цей тиск має порядок 0,5-1,0 МПа і викликає незворотні деформації в грунті, ущільнюючи його на глибину 15-30 см (пошарово).
Тиск під котком і ширина смуги контакту вальца з грунтом можуть бути оцінені за допомогою вирішення задачі Герца про контакт жорсткого циліндра і пружного напівпростору (він отримав вирішення даної задачі в 20 років на студентських канікулах).
Розглянемо застосування залежності Герца на такому прикладі:
маса вальца – Q=40 кН;
довжина вальца – L=1м;
радіус вальца – R=0,5 м;
г
рунт
в кінці ущільнення має – Е= 20 МПа,
φ=250 та ν=0,3.
Тиск на грунт можна визначити за такою
залежністю
де
,
Тобто
Звідси можна визначити глибину активної зони ущільнення:
де
=1
– при ущільненні масиву ґрунту з
поверхні;
=1,2 – при пошаровому ущільненні;
b – напівширина смуги ущільнюючого органу з ґрунтом в кінці ущільнення і яку можна визначити за наступною залежністю
;
2b=7 см
Тоді для даного прикладу
П
ри
трамбуванні грунт ущільнюють ударом
робочого органу, який був спущений з
деякої висоти. В якості робочого органу
використовують залізобетонні плити та
чавунні виливки масою 1-4 т, які скидають
з висоти 3-4 м за допомогою кранів.
Таким чином доцільно ущільнювати піщані рихлі ґрунти зі ступінню вологості менше 0,7 (Sr<0,7), а також просадочні ґрунти при оптимальній вологості (wopt≈ wp±2%). В таких умовах трамбуванням досягають ущільнення на глибину 1,5-2 м. Крім того трамбування проводять до тих пір коли вертикальне залишкове переміщення поверхні масиву від одного удару трамбовки (˝відказ˝) досягне заданої величини:
для піску – 0,5-1,0 см;
для глинистих ґрунтів – 1-2см.
В останні роки ущільнюють потужні товщини водонасичених ґрунтів на глибину до 40 м трамбовками масой 10-200 т, скидаючи їх з висоти 40 м. Глибину зони ущільнення визначають по емпіричній формулі
де М – маса трамбовки, т; Н – висота скидання, м;
α=0,1-1,0 м/т – коефіцієнт, що залежить від властивостей ґрунту.
Ще краще двохмасове трамбування. Наприклад, спочатку падає перша плита масою m1=5,5 т, а через 0,07 с падає друга плита масою m2=4,5 т і ударяє через плиту по ґрунтовому масиву. Саме таким методом ущільнювали пісок підводної зони С.Петербурзької дамби захищаючи місто від повені.
Перевага двухмасового трамбування полягає в утворенні меншого випору при ущільнені грунту.
Випор ґрунту
