2371

γск , г/см3

Усиленное уплотнение (США)

Повышенное число ударов

на приборе СоюздорНИИ

Стандартное уплотнение

на приборе СоюздорНИИ

W0, %

Рис. 3.2. Влияние усиленного уплотнения грунта на его оптимальную влажность W0 и максимальную плотность γск

Грунты земляного полотна уплотняют до так называемой требуемой плотности, которая может быть несколько меньше или больше стандартной плотности. Степень уплотнения оценивается коэффициентом уплотнения

γст – наибольшая плотность сухого грунта при стандартном уплотнении. Из каких соображений назначают требуемую плотность грунта земля-

ного полотна?

Дело в том, что величина вертикальных давлений в теле насыпи различна по высоте насыпи (рис. 3.3).

В верхних слоях насыпи действует в основном давление от временной нагрузки (автомобильный транспорт), которое с глубиной резко затухает.

Давление от собственной массы насыпи повышается с увеличением высоты. Общее давление на глубине до 1,0–1,2 м составляет от 0,4 до 0,6 МПа, а на глубине более 10 м достигает 2,0 МПа. При этом следует иметь в виду, что верхняя часть насыпи подвергается воздействию погод- но-климатических факторов (высыхание и усадка, увлажнение и промерзание). Эти воздействия приводят к разуплотнению грунта насыпи.

Следовательно, в верхних слоях насыпи до глубины 1,0–1,2 м необходимо максимальное уплотнение в целях повышения модуля упругости.

21

Рис. 3.3. Распределение вертикальных давлений в грунте

Очевидно, указанное уплотнение может быть неодинаковым при различных аэродромных покрытиях и в различных дорожно-климатических зонах.

Большее уплотнение иногда бесполезно, если со временем переувлажнение грунта вызовет его разуплотнение.

В слоях насыпи ниже 1,5 м, где суммарное давление невелико, а сезонное колебание влажности и промерзания имеются только на откосах насыпей, требования к уплотнению земляного полотна могут быть снижены.

На основании вышеизложенного требуемая плотность грунтов назначается с учетом: капитальности покрытий (капитальные, облегчённые), до- рожно-климатических зон и элементов аэродрома (СНиП 32–03–96, табл.6,

п. 4.8).

Иногда возникает задача, что выгоднее производить поливку грунта для достижения оптимальной влажности или увеличение работы по уплотнению. Решается задача на основе экономического расчёта. Однако следует иметь в виду, что грунты, уплотненные при оптимальной влажности до требуемой плотности, обладают необходимой водоустойчивостью. Грунты, уплотненные до этой же плотности при влажности ниже оптимальной, в большей степени подвержены дополнительному насыщению водой и теряют степень плотности и прочности.

22

3.2. Физические основы уплотнения грунтов

Процесс уплотнения трёхфазных грунтов состоит в увеличении плотности грунта вследствие выжимания воздуха. При этом увеличивается содержание минеральных частиц и агрегатов грунта в единице объёма, формируются новые связи между ними и изменяется ориентация частиц. Это сопровождается увеличением плотности грунта и уменьшением деформируемости.

В связных грунтах частицы и агрегаты грунта разделены плёнками воды. После достижения определённой степени уплотнения, когда количество воздуха, оставшееся в грунте, невелико, возможности сдвигов частиц и агрегатов ограничены. Поэтому процесс уплотнения происходит, в основном, вследствие выжимания водных плёнок из зон контактов. Число контактов при этом увеличивается незначительно, но вследствие уменьшения толщины плёнок силы трения и сцепления в контактах быстро возрастают. Водные плёнки обладают вязкими свойствами. Поэтому их выжимание из зон контактов требует определённого времени. Время воздействия на грунт катков, ударных и трамбующих машин невелико и не превышает 0,05–0,07 с за одно воздействие. Процесс уплотнения и выжимания плёнок связанной воды не успевает закончиться за это время, поэтому требуется повторное приложение нагрузки на грунт.

Уплотняющее давление должно превышать сопротивление грунта уплотнению. Это сопротивление может быть разделено на три составляющих.

Первая составляющая зависит от сил трения и сцепления в зонах контакта между частицами и агрегатами.

Вторая составляющая зависит от скорости деформирования грунта при уплотнении и увеличивается с ростом скорости деформирования. Она называется вязким сопротивлением и возникает вследствие сопротивления выжиманию плёнок воды из зон контактов между частицами, а также динамики уплотнения.

Третья составляющая сопротивления грунта уплотнению определяется силами инерции и равна произведению массы грунта на ускорение.

Основными составляющими сопротивления грунта уплотнению являются первые две. Величина инерционного сопротивления по сравнению с ними невелика.

Уплотняющие давления должны несколько превышать или быть близки к пределу прочности грунта.

При уплотнении грунта катками на пневматических шинах предел прочности грунта составляет:

-несвязные и малосвязные (песчаные, супесчаные) – 0,3–0,4 МПа;

-средней связности (суглинистые) – 0,4–0,6 МПа;

23

- весьма связные (глинистые) – 0,8–1,0 МПа.

Если уплотняющие давления будут значительно больше указанных величин, произойдёт выдавливание грунта из-под уплотнителя.

В азродромном строительстве применяют следующие основные методы уплотнения грунтов:

-укатку;

-трамбование;

-виброуплотнение;

-комплексный метод (грунт одновременно подвергается укатке и вибрированию).

Последний метод как более эффективный и экономичный находит всё более широкое применение.

Наиболее распространённым методом является укатка грунтов. Для укатки применяют катки на пневматических шинах, гладковальцовые и кулачковые.

Наиболее распространены катки на пневматических шинах. Они в первую очередь рекомендуются для уплотнения грунтов, так как обеспечивают лучшее качество уплотнения и наибольшую производительность. Рабочим органом этих катков является пневматическая шина. Жесткость шины в основном зависит от давления сжатого воздуха и жесткости покрышки. Определяющим является давление сжатого воздуха.

При нагружении шина деформируется. Площадь отпечатка пневматического колеса значительно больше площади отпечатка жесткобарабанных катков. Поэтому время воздействия на грунт пневматических шин больше, чем гладковальцовых, а удельное давление по следу катка меньше.

Распределение напряжений в грунте от катков на пневматических шинах и от гладковальцовых существенно отличается.

У гладковальцовых катков напряжения на поверхности уплотняемого слоя выше, чем у катков на пневматических шинах, но они быстро убывают (затухают) с глубиной.

У катков на пневматических шинах напряжения по следу отпечатка меньшие, однако они убывают по глубине слоя менее интенсивно, вследствие большей площади нагружения (рис. 3.4).

Поэтому катки на пневматических шинах уплотняют слой на большую глубину, чем гладковальцовые. Их используют для укатки толстых слоёв с резко выраженными вязкими свойствами (связных грунтов), для которых время воздействия катка играет значительную роль.

24

а) б)

Рис. 3.4. Эпюры напряжений в грунте при укатке: а – жесткобарабанным катком; б – катком на пневматических шинах; σк – контактные давления; σz – вертикальная составляющая напряжений в грунте по оси загружения;

α– длина площади отпечатка

Сувеличением числа проходов катка на пневматических шинах увеличивается плотность грунта и его модуль упругости за счёт чего уменьшается площадь отпечатка колеса. При постоянной нагрузке на колесо это

приводит к росту средних давлений по площади отпечатка колеса. С уменьшением площади контакта колеса со слоем грунта и уменьшением его деформации мощность на перекатывание колеса уменьшается.

На рис. 3.5 представлено изменение свойств грунта и его параметров при уплотнении катком на пневматических шинах.

Основной задачей при проектировании технологии уплотнения является определение требуемых уплотняющих нагрузок, толщины слоя и числа проходов. Влажность грунта при укатке должна быть оптимальной или не отличаться более чем на 0,75–1,35Wопт в зависимости от требуемого Ку и типа грунта.

При уплотнении грунтов, влажность которых меньше оптимальной, необходимо уменьшать толщину слоя и увеличивать число проходов катка для получения требуемой плотности грунта. Уплотнение грунтов, влажность которых превышает оптимальную, не приводит к требуемой степени уплотнения. В этом случае принимают меры к ускорению просушивания грунта путем его рыхления, перевалки грейдерами, введения цемента, гипса, извести, золы, песчаных грунтов и другими добавками.

25

колебательное движение, разъединяются; силы трения и сцепления между ними уменьшаются. Под действием собственного веса вибратора частицы перемещаются в вертикальном направлении и плотно упаковываются.

Наиболее дорогим способом уплотнения грунтов является трамбование наряду с его универсальностью. Вибрационные и вибротрамбующие машины по своим показателям занимают промежуточное положение между катками и трамбующими механизмами. Увеличение уплотняемого слоя связано с повышением веса машин, причем этот вес увеличивается прямо пропорционально квадрату толщины уплотняемого слоя. Это относится к любым грунтоуплотняющим машинам.

3.3. Правила уплотнения грунтов

К основным правилам уплотнения грунтов относятся:

1.Выполнение уплотнения вслед за отсыпкой для исключения высыхания грунта.

2.Равномерное уплотнение грунта по всей ширине уплотняемого участка с перекрытием следа (на 20–30 см) предыдущего прохода машин.

3.Прекращение работ по уплотнению при интенсивных кратковременных дождях.

4.Не допускается возведение насыпи «в задел» для естественной осадки без уплотнения.

5.Для эффективного уплотнения грунт должен отсыпаться слоями равномерной толщины.

6.Толщина уплотняемого слоя должна соответствовать мощности уплотняющей машины. При необходимости получения коэффициента уплотнения грунта более 0,98–1,0 целесообразно уменьшать толщину уплотняемого слоя на 5–10 % или увеличивать число проходов катка.

7.Необходимое количество проходов по одному следу в зависимости от требуемой плотности грунта определяется методом «пробной укатки».

8.При использовании прицепных и полуприцепных катков на пневмошинах предпочтение необходимо отдавать каткам с регулируемым давлением в шинах, т.к. эффективность уплотнений зависит от размеров контакта шины при максимально допустимой нагрузке грунта и величины давления сжатого воздуха в шинах.

9.Статическое давление виброударных машин для получения требуемой плотности грунта должно составлять: 300–400 кгс/м2 для переувлажненных песков, 600–100 кгс/м2 для песков с оптимальной влажностью; 1500–2000 кгс/м2 для супесчаных грунтов при оптимальной влажности; 2500–3000 кгс/м2 для тяжелых супесей при оптимальной влажности.

10.Виброударные машины уплотняют грунт за один проход до Купл= 0,95, при более высокой плотности количество проходов два-три.

27

11.Скреперы при производстве земляных работ уплотняют грунт до

Купл = 0,9, бульдозеры до Купл = 0,75–0,76.

12.При производстве земляных работ с использованием автотранспорта количество проходов катка при уплотнении может быть снижено в 2–2,5 раза.

13.Уплотнение крупнообломочных и скальных грунтов необходимо выполнять тяжелыми механизмами. При ограниченном фронте работ, а также в стесненных условиях грунт уплотняется пневмоили электротрамбовками, при несвязных грунтах – виброуплотнителями.

14.Для уплотнения связных грунтов лучше применять кулачковые или решетчатые катки в сочетании с катками на пневмошинах.

15.Прицепные и полуприцепные катки уплотняют грунт последовательными проходами. При строительстве аэродромов повороты катков

вконце участков не вызывают затруднений. Уплотнение начинают от краев участка, для того чтобы не происходило сползание откосов, если такие есть, края вальцов или колес катков не должны быть ближе 0,3 м от бровки. Перекрытие полосы уплотнения предыдущего прохода при последующих проходах составляет 0,2–0,3 м. После того как вся ширина участка 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.

4.ПРОИЗВОДСТВОРАБОТСРАСТИТЕЛЬНЫМГРУНТОМ

4.1.Составработиспособыпроизводстваработ срастительнымгрунтом. Выбор машин

На площадях летного поля аэродрома, где проектом вертикальной планировки предусмотрено изменение отметок грунтовой поверхности, должен быть полностью снят плодородный слой почвы – растительный грунт. Работы с растительным грунтом выполняют перед производством земляных работ с целью его сохранения и последующего использования при устройстве дернового покрова на грунтовой части летного поля. На всей площади корыта под искусственные покрытия растительный грунт снимают и не восстанавливают. Избыточный объем растительного грунта вывозят за пределы территории строительства в специально отведенные места для последующего использования в соответствии с проектом.

В состав земляных работ с растительным грунтом входят следующие строительные процессы и операции: рыхление снимаемого слоя растительного грунта; уборка извлеченных на поверхность корней, камней и других инородных включений; измельчение растительного грунта; снятие (среза-

28

ние) растительного слоя грунта и укладывание валиком (при применении автогрейдеров) или наполнение ковша (набор грунта скрепером), или срезка (при применении бульдозеров); перемещение растительного грунта и укладка его в валы или призмы (обвалование) для временного хранения (за пределами контуров работ); восстановление слоя растительного грунта на спланированной поверхности летного поля (набор или погрузка растительного грунта, перемещение его от места хранения к месту восстановления, разравнивание, планировка и прикатка).

Состав, порядок и способы производства работ с растительным грунтом устанавливают с помощью проекта производства земляных работ. В зависимости от конкретных условий строительства некоторые рабочие операции не выполняют (например, на участках бывшей пашни рыхление и измельчение растительного грунта не производятся), а в случаях когда естественная влажность растительного грунта существенно отличается от оптимальной, поверхность грунта в зоне производства работ следует увлажнять или подсушивать.

Толщина слоя растительного грунта составляет на задернованных участках примерно 8...12 см, на пахотных 15–18 см и на залесенных 15...25 см. Для нормального развития корневой системы дернообразующих трав толщина растительного слоя должна быть не менее 10...12 см в уплотненном состоянии при содержании гумуса (перегноя) не менее 5 % по массе.

Таблица 4.1

Рекомендуемые землеройно-транспортные машины для срезки растительного грунта

В зависимости от толщины слоя снимаемого растительного грунта и расстояния его перемещения возможны следующие способы производства работ: бульдозерный, скреперный, грейдерный, комбинированный (совме-

29

стная работа автогрейдера и бульдозера; автогрейдера и скрепера; бульдозера, экскаватора и транспортных средств). Целесообразный способ выполнения работ с растительным грунтом (табл. 4.1) обусловливается технологическими характеристиками землеройно-транспортных машин, обеспечивающими машинисту возможность контролировать толщину срезаемого растительного слоя и не допускать перемешивания с минеральным грунтом, особенно с подзолистыми горизонтами, которые бедны питательными веществами, а также выполнение работ с минимальной трудоемкостью.

4.2. Организация и технология производства работ

Работы с растительным грунтом на площадях в контурах выемок и насыпей осуществляют в соответствии со схемой разбивки летного поля на участки очередности производства земляных работ. Место временного складирования растительного грунта выбирают из условия обеспечения минимального расстояния его перемещения. Поэтому обвалование растительного грунта следует осуществлять преимущественно в местах работ с нулевыми отметками (за пределами контуров выемок и насыпей). При этом на участках будущих искусственных покрытий и у бровки корыта обвалование запрещается, а на участках неглубоких выемок допускается проводить обвалование растительного грунта отдельными полосами в пределах контуров (рис. 4.1). Расположение валов (призм) растительного грунта должно обеспечивать возможность выполнения других аэродромностроительных работ, движение землеройно-транспортных и транспортных машин, сток поверхностных вод, а также исключить при восстановлении растительного грунта необходимость его перемещения через построенные участки искусственных покрытий.

При большом количестве мелких контуров насыпей и выемок, расположенных сравнительно недалеко друг от друга на грунтовой части летного поля, можно применять способ, при котором растительный грунт с одного контура сразу перемещают на другой, где уже выполнены все земляные работы с минеральным грунтом.

При хранении растительного грунта в валах должны быть предусмотрены меры по предупреждению водной и ветровой эрозии (опережающее устройство водоотвода, организация стока воды и др.).

Во избежание переувлажнения или пересыхания растительного грунта необходимо в течение рабочей смены (дня) разрыхленный, размельченный и снятый грунт уложить в валы, а спланированный прикатать. Размеры сменной захватки назначают из условий производительной работы ведущих машин по снятию растительного грунта. Рыхление растительного грунта выполняют тракторными сельскохозяйственными плугами, а на

30