Тема 5.11 «Машины для уплотнения земляного полотна, оснований и дорожных одежд»

Для уплотнения грунтов, дорожных оснований и покрытий применяют: а) катки статического действия, которые в зависимости от конструкции вальцов разделяются на гладкие, ребристые, кулачковые, решетчатые, сегментные; катки могут быть также снабжены колесами на пневматических шинах; б) катки вибрационного действия; в) катки с падающими грузами; г) виброплиты; д) многосекционные виброуплотнители; е) трамбовочные машины; ж) комбинированные: на вневмоходу + вибрационное действие. Помимо способа действия уплотняющие машины классифицируют по способу передвижения: а) прицепные; б) полуприцепные; в) самоходные.  Для уплотнения грунтов практически применяются только прицепные и полуприцепные катки. Самоходные служат для уплотнения дорожных оснований и покрытий. По весу и удельному давлению: легкие, средние и тяжелые. По ходовому оборудованию: на колесном и гусеничном ходу. Самоходные катки, кроме того различают по числу вальцов и их взаимному расположению.

Одна из важнейших операций на строительстве любого земляного сооружения — уплотнение. От качества производства этой операции зависят не только прочность, устойчивость, водонепроницаемость сооружения, но и ровность покрытия, срок его службы и безопасность движения.

Недоуплотнение ведет к многочисленным повреждениям дорожных покрытий на новых дорогах, а следовательно, к непроизводительным затратам людских, материальных и энергетических ресурсов. Вместе с тем уплотнение является сравнительно недорогим процессом. Так, затраты на его осуществление составляют всего 0,7—1,0% общей стоимости дорожного строительства.

Цель уплотнения — получение плотной и прочной структуры грунта, способной в дальнейшем противостоять внешним воздействиям, которые будут иметь место во время службы инженерных сооружений.

Работа всех машин для уплотнения связана с приложением к поверхности грунтового слоя циклических нагрузок. Под последними понимаются следующие друг за другом процессы нагрузки и разгрузки грунтов. В результате внешних силовых воздействий в уплотняемом материале накапливаются необратимые (остаточные) деформации, способствующие повышению его плотности.

По принципу действия на грунт различают машины статического (укатка) и динамического (трамбование и вибрация) действия (рис. 8.34). Применяют также комбинированные методы уплотнения: виброукатку, вибротрамбование и сочетание укатки с трамбованием (рис. 8.35).

Рабочими органами машин служат вальцы или колеса, которые перекатываются по грунтовой поверхности. Под действием силы тяжести машин в местах контактов рабочих органов с грунтом возникают давления, вызывающие внутренние напряжения и деформации уплотняемого мате риала. Интенсивность образования необратимых деформаций определяет эффективность работы уплотняющих средств.

Рис. 8.34. Методы уплотнения фунтов: а — укатка; б — трамбование; в — вибрирование; V — направление перемещения рабочего органа; G — рабочий вес; т — рабочая масса; Я — высота подъема плиты; h — величина остаточной деформации уплотняемой среды; со — угловая скорость вращения дебаланса;

Рис. 8.35. Классификация средств механизации для уплотнения грунтов

К машинам статического действия, уплотняющим грунты, относятся кулачковые, решетчатые и пневмоколесные катки.

Трамбующие машины основаны на ударном действии их рабочих органов. Последние в момент их контакта с грунтовой поверхностью обладают определенным количеством движений. В процессе удара за очень короткий промежуток времени большая часть кинетической энергии рабочего органа переходит в другие виды энергии. Процесс сопровождается весьма быстрым повышением давления на поверхности контакта и последующим быстрым его спадом.

В отличие от катков эффект уплотнения определяется не только массой рабочего органа, но и скоростью в момент удара и частотой приложения уплотняющих воздействий.

Уплотнение грунта трамбованием может осуществляться механическим трамбованием (пневматическими и электрическими трамбовками, а также трамбовками с бензиновым двигателем и взрывного действия); машинами с падающими плитами; навесными плитами на экскаваторах и кранах.

Рабочие органы вибрационных машин, совершая колебательные движения, вводят в состояние колебаний уплотняемые объемы грунта. Ввиду того что массы частиц неодинаковы, возникают различные силы их инерции. В результате разности сил инерции в местах контактов частиц появляются напряжения сдвига. До известных пределов эти напряжения уравновешиваются силами сцепления. После превышения этих пределов возникают взаимоперемещения частиц, приводящие к уплотнению грунта. Напряжения сдвига пропорциональны инерционным силам, поэтому их величина зависит также и от ускорений, которые развиваются от колебательных движений.

Относительное перемещение частиц наступает тем скорее, чем больше различие в массах частиц и чем меньше силы связи, поэтому успешному виброуплотнению поддаются несвязные и малосвязные грунты. На эффект уплотнения оказывает большое влияние тиксотропия грунтов, появляющаяся при вибрировании.

Совершая колебательные движения, частицы фунта, находясь под действием силы тяжести, стремятся занять положение, соответствующее их наименьшему потенциалу, т. е. перемещаются вниз.

Наибольший эффект уплотнения достигается, когда наступает резонанс вынужденных колебаний и собственных колебаний грунта.

К машинам, уплотняющим грунты под воздействием возмущающей силы вибровозбудителя, относят прицепные и самоходные вибрационные катки и плиты.

Эффективность использования уплотняющих средств определяется их производительностью, интенсивностью накопления остаточных деформаций в уплотняемом фунте и энергоемкостью процесса. Ее значения зависят от правильности выбора метода уплотнения, типа машин и режимов их работы.

Виброкатки

Среди промышленного оборудования для уплотнения грунтовых и асфальтовых покрытий одними из самых удобных и эффективных являются виброкатки, или каток дорожный вибрационный. Это специальное устройство, состоящее из нескольких горизонтально расположенных цилиндрических вальцев, один или несколько из которых в процессе движения совершают вертикальные вибрирующие движения. Именно за счет вибрации и происходит уплотнение покрытия, по которому провозится виброкаток.

Существуют виброкатки самоходные и прицепные – те, которые необходимо тянуть по дорожному покрытию другой машиной. Вальцы бывают кулачковыми, гладкими или решетчатыми, при этом они распределяются по одной или двум секциям. Самые распространенные типы оборудования – прицепные дорожные виброкатки с одной секцией. Именно применение вибрационных катков позволяют путем уплотнения покрытия добиться эффективности дорожных работ и повышения скорости укладки.

Виброкатки, предназначение

Виброкатки широко используются дорожно-строительными организациями при устройстве новых дорожных покрытий или сплошном и ямочном ремонте уже существующих. Кроме этого, оборудование используется в строительстве железных дорог, аэродромных покрытий, а в последнее время и при возведении зданий, и для благоустройства прилегающих территорий. Новый виброкатокнебольших габаритных размеров удобно применять для устройства отмостки вокруг зданий и сооружений. Самоходные виброкаткимогут использоваться и внутри зданий для уплотнения сухих смесей или подсыхающего цементного раствора на напольных стяжках. Также строители работают виброкатками, когда необходимо уплотнить обычный грунт в подвальных и полуподвальных помещениях.

Виброкатки - принцип работы

Рабочие органы оборудования представляют собой стальные вальцы повышенной прочности и жесткости, также они могут иметь на поверхности специальные выступы или кулачки. Некоторые современные конструкции виброкатков предусматривают замену стальных вальцев пневматическими шинами высокого давления. Вибрируя, вальцы положительно влияют на утруску грунта или сухих смесей и асфальта. Уплотнение происходит тем эффективнее, чем сильнее удельное давление катка на обрабатываемую поверхность. Для повышения удельной массы виброкатка во время работы его специально нагружают дополнительным балластом. Для нагружения могут использоваться специальные балки или кубы из железобетона, а в небольших моделях – мешки с песком.

Промышленные самоходные виброкатки могут работать на дизельном или бензиновом топливе. Не смотря на большую массу это относительно экономичное оборудование, которое широко может использоваться не только в дорожном строительстве или при возведении зданий, но и во многих прочих отраслях производства.

Виброкатки - области применения оборудования

Вибрационное оборудование – виброкатки дорожные – могут быть использованы для выравнивания поверхности при дизайне ландшафта, для уплотнения дна искусственных водоемов, для устройства пешеходных площадок в парках и скверах, а также в частных садовых хозяйствах. При помощи стандартного оборудования с вибрирующими рабочими органами можно выравнивать и уплотнять спортивные площадки, некоторые малогабаритные варианты применяются при устройстве траншей и котлованов. Область применения виброкатков обширна, и с внедрением в производство новых технологий постоянно расширяется.