2.5.6. Вибрационное уплотнение

Вибрирование применяют для уплотнения крупно­обломочных, песчаных, несвязных и малосвязных глини­стых грунтов. Одномерные пески эффективно уплотняют только вибрированием.

Прицепными и самоходными виброкатками массой 4— 5 т рекомендуется уплотнять грунт слоями 40—50 см, катка­ми с большей массой можно уплотнять песчаные грунты на глубину 60—80 см и более. Количество проходов машины по одному следу при влажности грунта, близкой к оптималь­ной, принимается равным четырем-пяти.

Для получения оптимальной плотности грунта удель­ные давления вибромашины должны иметь следующие значения:

переувлажненные пески — 30—40 МПа (300—400 кгс/см²);

пески оптимальной влажности — 60—100 МПа (600— 1000 кгс/см²);

супесчаные грунты оптимальной влажности — 150— 200 МПа (1500-2000 кгс/см²);

тяжелые супеси оптимальной влажности — 250—300 МПа (2500-3000 кгс/см²).

134

Вибрационные плиты массой от 100 до 1000 кг целе­сообразны для уплотнения грунта в стесненных условиях (засыпка труб, траншей) слоями от 20 до 60 см.

Прицепные виброкатки работают, в основном, по кру­говой схеме движения, самоходные виброплиты — челноч­ным способом.

135

Самоходные вибромашины допускается применять на участках с продольными уклонами земляного полотна не более 100%о и поперечными уклонами не более 50%о.

Повышение эффекта уплотнения несвязных грунтов вибрированием достигается при влажности грунта, равной 1,1—1,2 оптимальной. В этом случае можно увеличить тол­щину уплотняемого слоя на 20—30%. Однако увлажнять грунт до таких пределов рекомендуется только при обеспе­чении хорошего отвода воды с поверхности уплотняемого слоя. При отсутствии стока воды избыточное увлажнение песка недопустимо.

2.5.7. Особенности технологии «Русские качели»

применительно к дорожному строительству

Причина недостаточно качественного уплотнения дорожно-строительных материалов состоит в следующем. Традиционные уплотняющие машины (каток и трамбовка) при работе опираются на тот же материал, который они и уплотняют. При этом известно, что наибольшую плотность в процессе уплотнения дорожно-строительный материал приобретает при достижении предела его прочности. По достижении такого состояния при традиционных способах укатки и трамбования, соответственно, каток или трамбов­ка погрузятся в уплотняемый материал, вызвав разрушение уплотняемого слоя.

По этой причине при укатке или трамбовании следят затем, чтобы воздействие уплотняющей машины на уплот­няемый слой материала не превышало величины, равной 0,95—0,98 предела прочности последнего. Для чего, напри­мер, применяют катки разной массы и многократные прохо­ды по одному месту. При этом сначала производят пробные укатки для определения соответствующих параметров.

Таким образом, заранее закладывается недоуплотнение на некоторое, пусть и небольшое, количество процентов. Однако это то самое недоуплотнение, которое не позволяет придать, например, связным грунтам, преимущественно используемым при строительстве российских дорог, необ­ходимую плотность структуры и, соответственно, избежать морозного пучения дорожного полотна.

Кроме того, для традиционных технологий укатки и трамбования не решены вопросы контроля качества уплот-

136

нения в ходе этих процессов и выдерживания заданной толщины уплотняемого слоя.

Преодолеть присущие традиционным технологиям уплотнения недостатки в рамках самих этих технологий принципиально невозможно, так как они предусматри­вают распределение и укладку дорожно-строительного материала одними машинами, а уплотнение уложенного слоя — другими. Только объединив эти операции в единый процесс, можно кардинально избавиться от выявленных недостатков.

Такие способы, взамен укатки и трамбования, заклю­чаются в технологии «Русские качели» («Технология "Русские качели": самоуплотнение порошков в результате индуцированного течения или СПРИТ» Популярное бетоноведение, 2005, № 6 (8). С. 78-83).

В предложенных способах укладка, распределение и уплотнение дорожно-строительного материала осуществля­ются одним действием, в результате которого формируется слой предельно плотной структуры из частиц обрабатывае­мого материала. Для осуществления этого действия при­меняются устройства различной конструкции, названные нагнетателями.

Так как способы основываются на эффекте самоуплот-нения порошков в результате индуцированного течения (СПРИТ), то становится ненужным искать зависимость между контактным давлением, глубиной колеи, шириной и радиусом движущегося катка или весом трамбовки, ее пло­щадью и высотой падения. Причем плотность достигается как бы сама собой. Также не требуется никакой пробной укатки или трамбования, как в традиционных процессах, гак как при применении «Русских качелей» уплотняется слой заданной толщины. Эта толщина в ходе процесса фик­сируется самим нагнетателем.

Таким образом, «Русскими качелями» можно формиро­вать полосу (полотно) из предельно уплотненного дорожно­строительного материала заданной толщины и ширины всего за один проход.

137

Технология «Русские качели» заменяет собой три традиционные, выполняемые последовательно опера­ции по укладке, распределению и уплотнению дорожно­строительных материалов

Вместе с перемещением рабочего органа (нагнетателя) происходит увеличение длины дорожного полотна. Иными словами, «Русскими качелями» можно непрерывно «выра­щивать» дорогу высокого качества.

Для контроля качества уплотнения в ходе процесса не­обходимо только следить за тем, чтобы перед нагнетателем постоянно выдавливался обрабатываемый материал.

«Русскими качелями» одновременно с уплотнением, например грунта при подготовке земляного полотна, осу­ществляется его планировка. Уплотнение и профилирова­ние осуществляется одним действием и одной машиной. При этом легко выдерживать такие технологические тре­бования, как горизонтальность укладки слоев земляного полотна, так как нагнетатель не опирается на уплотняемый слой, но при этом всегда фиксирует его заданную верхнюю поверхность.

Давление, возникающее на поверхности нагнетателя от взаимодействия с грунтом, всегда равно пределу проч­ности грунта под ним и изменяется само собой от нуля до предела.

Необходимо упомянуть еще об одном немаловажном свойстве технологии. При изготовлении покрытия в местах

138

недостаточного уплотнения в основании дорожного покры­тия (при наличии каких-либо дефектов) не происходит про­садки покрытия, так как эти места в процессе нагнетания самоуплотняются нагнетаемым дорожно-строительным материалом. При этом становится невозможной повсеместно наблюдаемая ныне ситуация, когда, например, после дождя на свежеуложенном покрытии образуются многочисленные лужи различной глубины, проявляющие недостатки нового покрытия.

Дорожно-строительная машина «Русские качели» по­хожа на машины распределения и дозирования смесей при устройстве покрытий дорог. Она должна содержать самоходное шасси, на котором смонтированы емкость для приема материала, транспортер подачи материала в зону уплотнения, механизм нагнетания со стабилизирующим и выглаживающим устройствами, а также кабина оператора. Конструктивно дорожно-строительные машины шириной укладки 800—1200 мм могут быть решены следующим об­разом:

Главный механизм дорожно-строительной машины «Русские качели» — нагнетатель размещен непосредственно

139

в зоне подачи материала перед стабилизирующим и выгла­живающим устройствами.

Нагнетатель закреплен на машине таким образом, что­бы в процессе устройства дорожной полосы обеспечивалось касание его рабочих поверхностей с верхом укладываемого слоя. Для достижения этого могут быть использованы си­стемы автоматической нивелировки. В процессе работы нагнетатель посредством транспортера должен постоянно снабжаться таким количеством материала, которое необ­ходимо при соответствующей ширине слоя для достижения предельно плотного и равномерного уплотнения.

При подготовке земляного основания или сооружения покрытия из укрепленного грунта материал непрерывно по­дается непосредственно в зону уплотнения, формируемую нагнетателем машины. Грунт может быть как привозной, например самосвалами из карьера, так и срезаемый самой машиной, которая для этой цели может оснащаться фрезами или ножами. Машина может быть оснащена накопительным бункером, в котором скапливается грунт, подаваемый в ма­шину, и из которого по мере необходимости он поступает под нагнетатель.

Особенности технологии позволяют (даже при значи­тельных различиях в продольном и поперечном профилях) достигать равномерного уплотнения укладываемого материа­ла. При смене материала, например грунтоцементных или грунтощебеночных на бетонные смеси, не требуется допол­нительная наладка и регулировка параметров нагнетателя.

Вопросы для самоконтроля

1. Каким показателем характеризуют степень уплотнения грунта в насыпи?

2. Какие три фактора учитывают при назначении степени уплотнения грунта в земляном полотне?

3. На уплотнении каких грунтов наиболее эффективны машины вибрационного действия? ударного действия? ста­ тического действия?

4. Чем вызвана необходимостьуплотнения рыхлых грунтов с предварительной подкаткой?

140

5. В чем состоит различие в технологии укатки слоев на­ сыпи, расположенных на высоте до 1,5 м и больше от поверх­ ности земли?

6. Какими уплотняющими средствами можно уплотнять откосы насыпи?

7. Для чего регулируется давление в шинах катков на пневматических шинах?

8. В чем суть технологии «Русские качели»?