3.7 Ущільнення ґрунту

Грунт представляє собою трифазну систему, що складається з твердих мінеральних часток, води та повітря. У процесі ущільнення під дією статичного або динамічного навантаження відбувається зближення часток ґрунту внаслідок витискання води та повітря, при цьому дрібні частки переміщуються в пори між крупними. У разі цього щільність скелету ґрунту збільшується, а пористість і водонепроникність зменшується.

В залежності від способу дії на грунт для його ущільнення, тобто для переміщення часток і їх більш компактної укладки, розрізнюють наступні способи ущільнення: машинами статичної дії (укатування), машинами динамічної дії, машинами комбінованої дії, відсипанням ґрунту у воду.

У свою чергу ущільнення машинами статичної дії поділяється на ущільнення котками: гладкими, пневмоколісними, кулачковими, решітчастими.

При застосуванні гладеньких котків ущільнення відбувається за рахунок силової дії на грунт у період його руху.

Котки с гладенькими вальцами мають найбільше розповсюдження. Їх переваги – простота конструкції. Недоліки – нерівномірне передавання напруг на грунт і нерівномірність ущільнення в межах товщі. Ефект ущільнення залежить від параметрів (розмірів) котка – ваги, лінійного тиску на грунт, радіуса барабана і режиму ущільнення (кількості проходок, швидкості руху котка).

Ущільнення пневмоколісними котками. Сутність – така ж сама, як і для гладеньких котків. Переваги – деформується не тільки грунт, але і сама шина, що приводить до відносно більш рівномірного розподілення напруг у ґрунті по глибині.

Ущільнення кулачковими котками. Сутність методу – ущільнення (тобто перегрупування часток) за рахунок підвищеного тиску під кулачком.

Спосіб ефективний у зв’язних ґрунтах, де потребуються підвищені напруги. Напруга на один кулачок повинна бути руйнівною для даного ґрунту, але не такою, щоб кулачок вдавлювався на всю висоту.

Ущільнення машинами динамічної дії. Ущільнення відбувається під дією удару. Робочими органами трамбувальних машин є плити різних розмірів, різноманітної ваги і форми, які скидаються з різних висот (рис. 3.2).

Рисунок 3.2 – Ущільнення ґрунту трамбуванням:

а – плитами на базі крана-екскаватора; б – плитами при зворотній засипці котлованів у стиснених умовах; в – трамбувальною машиною на базі гусеничного трактора; г – вальцевою трамбівкою на крутих укосах

Дія удару відбувається у короткий проміжок часу. Кінетична енергія плити, що падає, передається часткам ґрунту, викликаючи їх переміщення та щільне укладання. Опір по мірі занурення плити зростає, а отже і сила удару змінюється від максимуму в момент торкання до 0 в кінці занурення.

Ущільнення машинами вібраційної дії. Сутність методу ущільнення перегрупування часток за рахунок їх коливань, викликаних вібраційними машинами. Машини вібраційної дії передають ґрунту часті коливальні рухи. Зв’язки між частками руйнуються. Через їх різні сили інерції та імпульси відбувається взаємне переміщення і більш компактне укладання ущільнення.

Процес вібрації також значно зменшує умовні коефіцієнти внутрішнього тертя ґрунтів, що зменшує опір часток тертю. Так сухий дрібнозернистий пісок має коефіцієнт внутрішнього тертя до вібрації – 0,5, під час вібрації – 0,07, а після вібрації – 0,85.