18. Способы уплотнения грунта, их характеристика и условия применения

Процесс укладки грунта в профильные насыпи тре­бует выполнения ряда строительных операций: подготовка основания под насыпь и под каждый укладываемый слой; насыпка-навал грунта; послойное разравнивание насыпанного грунта; доувлажнение и выдерживание грунта до равномерного распределения влаги; собственно уплотнение; срезка неуплотненных слоев грунта с откосов и перемещение его в тело основной насыпи (срезка бахромы).

Способы уплотнения грунтов: укатывание; трамбова­ние; вибрация.

Способ укатки применяется для уплотнения связных и малосвязных грунтов (суглинков, супесей).

Трамбованием и вибрацией рекомендуется уплотнять несвязные грунты (песчаные, гравелистые, галечные). Уплотнение грунта трамбованием эффективно на любых грунтах, но оптимальных результатов дости­гает на грунтах с пониженной влажностью.

Для уплотнения грунтов используют различные машины: катки статического действия с гладкими, кулачковыми и вибровальцами, с пневматическими шинами; трамбующие машины с вальцами, с падающим грузом, с трамбующими плитами, с виброплитами.

На выбор уплотняющих механизмов оказывает влия­ние степень требуемого уплотнения, свойства грунта, объемы выполняемых работ, сроки и темпы производ­ства работ, погодные условия.

Наибольшее распространение получило уплотнение грунта катками статического действия: гладкими, кулачковыми, катками на пневмошинах, решетчатыми катками. Это обусловлено простотой и надежностью оборудования, высокой производительностью и сравни­тельно низкой стоимостью. В построечных условиях используют также и машины динамического действия – катки с вибрационными механизмами.

Катки не могут быть использованы в стесненных условиях, труднодоступных местах, при большой крутизне уплотняемой поверхности (круче 1:5) и при необходимости уплотнять грунт на глубину более 0,4...0,5 м.

Основные показатели, характеризующие работу уплотняющих машин, следующие: толщина уплотняе­мого слоя; равномерность уплотнения по глубине слоя; необходимое число проходов по одному месту.

Катки с гладкими вальцами на пневматическом ходу применяют для уплотнения несвязных грунтов, толщина слоя уплотнения Н₀ = 0,15 м.

Кулачковые катки используют для уплотнения связных грунтов, Н₀ = 0,25…0,4 м, n = 4…14.

Применение кулачковых катков на несвязных грунтах неэффективно из-за плохой уплотняемости и податли­вости разрушению при вдавливании кулачка.

Нагрузка на один кулачок должна быть разрушающей для данного грунта, но не такой, чтобы кулачок вдавливался в грунт на всю высоту; по мере увеличе­ния числа проходов и уплотнения грунта погружение кулачка должно уменьшаться.

Пневмошинные катки уплотняют любые грунты, Н₀ = 0,15…0,5 м, n = 4…8 для несвязных грунтов; n = 6…12 на связных грунтах.

При взаимодействии с грунтом пневмошинных катков деформируется не только грунт, но и сама шина, что приводит к относительно равномерному распределению напряжений в грунте.

В. П. Ковальчук предложил для определения давления на грунт пользоваться формулой

σ_max = p/(1-ξ)

где р — давление в шине, МПа; ξ — статический коэффициент жесткости покрышки.

Оптимальная толщина слоя уплотняемого грунта зависит от вида катков, их параметров, влажности грунта и может быть вычислена по следующим формулам:

для гладких катков

для пневмошинных катков

для кулачковых катков

H₀ = 0,65 · (L + 0,25 · b – h₁).

где w — влажность уплотняемого грунта, %; w₀ — оптимальная влажность грунта, %; Q₁ — сила тяже­сти, приходящаяся на одно колесо пневмошинного катка, кН; L — длина кулачка, см; b — толщина кулачка, см; h₁ — толщина верхнего разрыхленного слоя после прохода кулачкового катка, см; А — коэффициент, полученный на основании эксперимен­тальных исследований: для гладких катков на сыпучих грунтах 0,4; для гладких катков на связных грунтах 0,3; для пневмошинных катков на любых грунтах – 0,2.

Решетчатые катки используют для уплотнения связных комковатых грунтов, со смерзшимися комьями и гравелистых грунтов.

Схемы движения катков должны быть увязаны с размерами поперечного сечения возводимых насыпей. При небольшой ширине насыпей разворот катков на них невозможен и осуществляется за пределами насыпей. От края насыпи катки проходят не ближе 0,5 м, что приводит к образованию неуплотненной зоны по откосу («бахромы»). Неуплотненный грунт с откосов обычно срезают, направляя его в насыпи.