Способы уплотнения грунтов
Уплотнение машинами статического действия
Уплотнение машинами статического действия в зависимости от формы наружной поверхности барабана (шины) катка подразделяется на уплотнение:
- гладкими катками,
- пневмошинными катками,
- кулачковыми катками,
- решетчатыми катками (Рис.9.8).
Уплотнение гладкими катками
Сущность этого способа - уплотнение за счет силового воздействия на грунт в период движения катка (рис.9.9).
По мере движения катка в каждой точке грунта проходит волна напряжений и под действием напряжений происходит перегруппировка частиц.
Катки с гладкими вальцами имеют наибольшее распространение. Преимущество - простота конструкции. Недостатки - неравномерная передача напряжений на грунт и неравномерность уплотнения в пределах толщи.
Уплотнение пневмошинными катками
Сущность - та же. Преимущество - деформируется не только грунт, но и сама шина, что приводит к относительно более равномерному распределению напряжений в грунте по глубине (рис.9.10).
Уплотнение кулачковыми катками
Сущность - уплотнение (т.е. перегруппировка частиц) за счет повышенного давления под кулачком (рис.9.11).
Различают три зоны уплотнения по глубине (Рис. 10.4.): hi - зона разрыхления при выглублении кулачка, h2 - зона уплотнения за счет сдвига в боковую поверхность при заглублении кулачка, h3 - зона, где грунт уплотнения вертикальной нагрузкой ниже опорной поверхности кулачка.
Способ эффективен в связных грунтах, где требуются повышенные напряжения. Нагрузка на один кулачек должна быть разрушающей для данного грунта, но не такой, чтобы кулачек вдавливался на всю высоту.
Уплотнение машинами динамического действия
Уплотнение происходит под действием удара. Рабочими органами трамбующих машин являются плиты различных размеров, различного веса и формы, которые сбрасываются с различных высот (рис.9.12).
Действие удара протекает в короткий промежуток времени. Кинетическая энергия падающей плиты передается частицам грунта, вызывая их перемещение и плотную укладку. Сопротивление по мере внедрения плиты увеличивается, а отсюда и сила удара изменяется от максимума в момент соприкосновения до 0 в конце погружения.
При повторяющихся ударах величина Ah уменьшается, сокращая продолжительность 7, и сила удара возрастает. Отсюда степень уплотнения можно регулировать не только силой тяжести, но и числом ударов n.
Так как напряжение s зависит от трудно определяемой величины продолжительности удара 7, было предложено (проф. Харкута Н.Я.) определять параметры трамбующих машин по показателю удельного импульса:
Оптимальная толщина слоя 0 возрастает с возрастанием пред. Например:
На связных грунтах можно получить большую глубину уплотнения, чем на несвязных. Имеются примеры уплотнения больших глубин до 10м и более. При этом вес груза (плиты) достигает десятков тонн.
Уплотнение машинами вибрационного действия
Сущность уплотнения - перегруппировка частиц за счет их колебаний, вызванных вибрационными машинами. Машины вибрационного действия сообщают грунту частые колебательные движения. Связи между частицами разрушаются. Из-за их разных сил инерции и импульсов происходит взаимное перемещение и более компактная укладка - уплотнение.
Процесс вибрации также значительно уменьшает условные коэффициенты вынужденного трения грунтов, что уменьшает сопротивление частиц трению. Так сухой мелкозернистый песок имеет коэффициент внутреннего трения до вибрации - 0,5, во время вибрации - 0,07, а после вибрации - 0,85.
Увеличение частоты колебаний n увеличивает эффективность уплотнения. Для виброуплотнения применяют машины разных типов - чисто вибрационные или комбинированные - виброударного действия. Последние наиболее эффективны. Типы машин: виброплиты, вибротрамбовки, виброкатки. Толщина слоев колеблется от 0,2 до 1,2 м.
Разновидности вибрационного уплотнения:
Большой интерес представляет глубиное гидровиброуплотнение (рис.9.15).
При этом используют стержневые электровибраторы с одновременной подачей воды в зону уплотнения. Применяется для рыхлых и малосвязных грунтов.
Уплотнение взрывами - разновидность вибрационного уплотнения - применяется для несвязных грунтов - песков.
Самоуплотнение замочкой и отсыпкой в воду
Один из древних приемов уплотнения - замочка насыпей.
Применялся с древних времен для возведения насыпей из лессовых грунтов.
Принцип - обильное увлажнение (до полного насыщения) вызывает потерю связности, распад агрегатов, оплывание макропор, что способствует более плотной укладке частиц. Уплотнение замочкой лессов сопровождается значительной деформацией насыпей.
Развитием этого способа является отсыпка грунта непосредственно в воду (рис.9.16).
Очередной слой укладываемого грунта отсыпают в воду - в пруд в обвалованном пространстве. В последние годы способ усовершенствовался путем дополнительного уплотнения машинами (бульдозерами, а/с, скреперами). Высота слоя больше глубины воды. Укладка в воду обеспечивает распад агрегатов, ликвидацию макропористости, в результате чего получается монолитная структура достаточной плотности и водопроницаемости. Существенное влияние оказывает гидродинамическое действие воды, интенсивность отсыпки.
Сводная классификация способов уплотнения грунтов дана в таблице 9.2. Выборочная номенклатура отечественных катков дана в таблице 9.3.
