книги / Методы уплотнения грунтов. Выбор и расчёт оборудования
.pdf
ромолоты, навешиваемые на стрелу одноковшового экскаватора или специализированной машины. Методы и средства статического уплотнения практически не применяются ввиду их малой эффективности.
Самыми малоразмерными с точки зрения стесненности
инеудобств ведения работ по уплотнению грунта являются траншейные прокладки кабелей связи в наборе керамических, асбестовых или иных трубок диаметром 50…100 мм (глубина
иширина траншей в пределах 0,5…1,0 м при ширине боковых пазух не более 0,2…0,3 м). Конечно, для них нужны наименьшие по размерам вибротрамбовки (рис. 28) и виброплиты.
Рис. 28. Вибротрамбовка |
Рис. 29. Приспособление |
|
к виброплите |
Очень сложно в узкой траншее помимо основной засыпки уплотнять боковые пазухи. Видимо, поэтому одна из зарубежных фирм (Dynapac) предложила в свое время специальное приспособление (рис. 29) к небольшой своей виброплите (вес 70 кгс) для одновременного уплотнения двух пазух у труб диаметром 150…300 мм.
Аналогичные сложности возникают при уплотнении узких пазух у столбов, колонн, стен и колодцев. С этой работой могут успешно справиться самые маленькие виброплиты (несвяз-
41
ные грунты) или ручные вибротрамбовки (рис. 30) (связные
инесвязные грунты).
Вглубоких траншеях создаются трудности для самоходности виброплиты, что снижает эффективность ее работы.
Рис. 30. Ручная вибротрамбовка |
Рис. 31. Спаренные вальцы |
В таких случаях полезнее использовать малогабаритный виброкаток со спаренными вальцами (рис. 31). Особенность его принципиальной схемы, разработанной в свое время фирмой Bomag, состоит в синхронном вращении дебалансов обоих вальцов, что позволяет получать поочередно упорядоченное и более интенсивное воздействие катка на грунт.
Хорошее сцепление с грунтом и лучшую проходимость такие катки имеют, когда на них установлены вальцы с ребрами (рис. 32) или кулачками, что способствует также повышению качества уплотнения как несвязных (короткие кулачкибобышки), так и связных грунтов (более длинные квадратные кулачки).
42
Рис. 32. Каток, имеющий вальцы
сребрами
Втех стесненных, неудобных и труднодоступных местах ведения земляных работ, где нет необходимого пространства для перемещения трамбовок, плит или катков, часто используются подвесные виброплиты на кранах, экскаваторах (рис. 33) или специальных машинах.
Рис. 33. Подвесная виброплита на экскаваторе
43
2.3. Механизмы и оборудование для уплотнения обочин дорог и откосов
Существует определенное количество специальных видов работ, к которым не могут быть применены общие рекомендации и в которых должны использоваться специальные методы и подходы.
Уплотнение наклонных поверхностей может требоваться при строительстве дамб и каналов. Особенно хорошее уплотнение наклонных поверхностей, обеспечивающее их водонепроницаемость, требуется в верхних бьефах плотин. Для уплотнения наклонных поверхностей наилучшим образом подходит самоходный вибрационный одновальцовый каток (рис. 34). На больших уклонах каток может оборудоваться лебедкой. При уплотнении вибрация включается при проходе вверх по склону и отключается при проходе в обратном направлении. Если каток работает на лебедке, оператор должен быть защищен сеткой, а машина должна иметь дополнительное тросовое крепление на случай обрыва троса лебедки. Следует всегда использовать систему защиты от опрокидывания (ROPS). Перед использованием машины на склоне следует получить консультацию ее производителя, сможет ли она работать в непрерывном режиме на поверхности с предполагаемым углом наклона.
Рис. 34. Самоходный вибрационный одновальцовый каток, оборудованный лебедкой
44
В свое время в некоторых видах строительства (дорожное‚ гидротехническое‚ гидромелиоративное) использовалась так называемая вальцовая трамбовка в виде гладкого металлического вальца (например‚ от списанного крупного катка)‚ подвешиваемого к стреле любого тросового экскаватора-драглайна (рис. 35) вместо ковша емкостью 0‚65…1,0 м3.
Ось‚ или вал, вальца наглухо приваривают к внутренней его полости. Оба конца вальца-трамбовки шарнирно соединены цепями через траверсы с подъемным и тяговым тросами.
При уплотнении откосов экскаватор располагается на насыпи и‚ регулируя подъемный и тяговый тросы‚ обеспечивает удары трамбовкой‚ направленные нормально к поверхности откоса любой крутизны. Заглаживание поверхности откоса осуществляется путем спускания вальца вниз по откосу под действием собственного веса.
Рис. 35. Вальцовая трамбовка, подвешенная к стреле тросового экскаватора-драглайна
Вес вальцовой трамбовки диаметром 1300…1600 мм‚ который можно регулировать за счет балласта (воды‚ например)‚ должен составлять 2…2‚5 тс (для песка) и 3…4 тс (для связного грунта). Высоту падения (сброса) вальца следует назначать тоже сообразно виду грунта: для песков – около 0‚5…1 м‚ для
45
связных грунтов – в пределах 1‚5…2 м. Количество ударов по одному месту – 4 (песок) и 6 (связный грунт). Толщина уплотняемого слоя может достигать 40…50 см‚ а производительность – около 80….100 м3/ч или примерно 200…250 м3/ч. Не очень много, поэтому стоимость таких работ заметно выше уплотнения грунтов в насыпях и выемках‚ но неудобство и неустойчивость откосов оправдывают целесообразность применения вальцовой трамбовки.
А.С. № 460349 «Устройство для уплотнения откосов».
Изобретение относится к машинам для уплотнения грунтов и других дорожно-строительных материалов.
Рис. 36. А.С. № 460349 «Устройство для уплотнения откосов»
Устройство (рис. 36) смонтировано на базовой машине 1, к которой жестко прикреплена рама 2, выполненная составной из секций 3 и 4, соединенных между собой гидроцилиндром 5 и шарниром 6. Ось качания шарнира 6 расположена между плоскостями откосного 7 и вертикального 8 колес и параллельна продольной оси машины. К одной из секций 3 через шарнир 9 прикреплена откосная секция 10, а к секции 4 через шарнир 11 – вертикальная секция 12. Оси качания шарниров 9 и 11 па-
46
раллельны осям вращения соответствующих колес. Колеса установлены сбоку базовой машины, и их оси вращения расположены в одной плоскости, проходящей через точки поворота (в плане) гусеничной базовой машины, что уменьшает возможность появления боковых усилий, воздействующих на колесо при маневрировании.
2.4. Оборудование для глубинного уплотнения грунтов
Комплект оборудования «ФОРС» (рис. 37) для глубинного уплотнения грунтов и формования набивных свай состоит из пневмоударной машины, расширителя скважин и переносного грузоподъемного устройства.
Рис. 37. Комплект оборудования «ФОРС»
Оборудование «ФОРС» позволяет уплотнять грунт сразу на всю необходимую глубину. Процесс реализуется проходкой вертикальных скважин в уплотняемом массиве с последующей засыпкой их грунтом, песком, гравийной смесью и т.п. Проходка скважин осуществляется без выемки грунта за счет его деформации в радиальном направлении.
47
3.РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
3.1.Расчет самоходных катков
сгладкими металлическими вальцами вибрационного действия
Наиболее эффективными и экономически выгодными для уплотнения грунтов являются вибрационные машины, а вибрационное уплотнение более актуальным. Оно позволяет достигать высоких плотностей и большей глубины уплотнения.
Основным элементом вибрационных машин является вибровозбудитель. Вибровозбудитель – это механизм для возбуждения механических колебаний, применяемый самостоятельно или как сборочная единица машин, работающих по принципу вибрации. Его параметры важны и являются основополагающими при проектировании грунтоуплотняющей машины.
Порядок расчета вибровозбудителя (рис. 38)
Определение возмущающей силы [7]:
Q = meω2 ,
где m – масса дебалансов, кг,
m =Vqz = Flqz,
Рис. 38. Схема вибровозбудителя
где z – число дебалансов в одном вибровозбудителе, z = 4;
q – плотность дебаланса, кг/м3; V – объем дебаланса, м3;
l – ширина дебаланса, м; F – площадь дебаланса, м2,
F = 0,5π(R2 −r2 );
48
e – эксцентриситет дебаланса, м,
4π(R2 −r2 ) e = 3(R2 −r2 ) ;
ω – угловая скорость, с–1,
ω= 2πn.
Одним из самых распространенных органов уплотнительных машин, оказывающих влияние на грунт, является валец. Приведем пример расчета основных параметров катка с жесткими вальцами.
Основными параметрами катков с жесткими вальцами являются диаметр вальца Dв, ширина вальца Вв, вес катка Gк
(рис. 39).
Рис. 39. Схема взаимодействия гладкого вальца с деформированным грунтом
Исходя из условия поперечной устойчивости катка и обеспечения равномерного уплотнения грунта по ширине следа получим ширину вальца, м,
Вв = (1,0…1,2)Dв.
Вес катка должен рассчитываться из условия эффективного уплотнения грунта, согласно которому максимальное на-
49
пряжение на поверхности грунта σmax не должно превышать предел его прочности σp , т.е.
σmax = |
C |
|
3G R |
2 |
|
1 |
3 |
к в |
. |
||
2Rв |
ВвС1 |
||||
|
|
|
Находим величину коэффициента полной деформации грунта:
С1 = Е1 ,
Dш
где Е1 – статический модуль полной деформации грунта (для
связного грунта Е = 150…200 кг/cм2 |
, для несвязного |
Е = |
1 |
|
1 |
= 100…150 кг/cм2 ); |
|
|
Dш – диаметр штампа, см. |
|
|
Форма поверхности контакта жесткого вальца |
катка |
|
с грунтом представляет собой прямоугольник, большая сторона которого равна ширине вальца, а меньшая – длине хорды, стягивающей дугу контакта вальца с грунтом. Поскольку ширина контакта значительно меньше длины, то величина коэффициента полной деформации грунта будет зависеть главным образом от величины а1. Для катков данного вида можно при-
нять Dш = 15…20 см.
Задавшись весом катка, определяют значение σmax . Срав-
нивают полученное значение с пределом прочности грунта. Если условие выполняется, следовательно, основные параметры катка выбраны верно.
Оптимальная глубина уплотнения, см,
hо = W 3 3GкRв ,
Wo ВвС1
50