книги / Методы уплотнения грунтов. Выбор и расчёт оборудования

1. Радиоизотопные плотномеры типа «Трокслер» (США)

или ПВН-10 (Россия). Приборы этого типа отличаются высокой чувствительностью к изменениям плотности грунтов, высокой надежностью и быстротой выполнения измерений. Однако

вконкретных условиях АОЗТ «Лендорстрой» эти приборы решено было не использовать по следующим причинам: высокая стоимость, значительный вес, а также сложности при хранении источников ионизирующего излучения и обеспечении безопасных условий труда (выделение специального персонала, обеспечение персонала индивидуальными дозиметрами, обеспечение специального транспорта для перевозки приборов, хранение в складских помещениях с регистрацией приема и выдачи

вспециальном журнале и т.д.).

Рис. 17. Динамический плотномер

31

2. Переносные установки для определения динамического модуля деформации грунтового основания типа LOADMEN (Финляндия) или ZFG 04 (Германия). Метод оценки грунтового основания и конструктивных слоев дорожных одежд по величине динамического модуля деформации широко распространен за рубежом. Он основывается на том, что величина эквивалентного статического и закономерно связанного с ним динамического модуля упругости, а также (с поправкой на пластические свойства материалов) величины статического и динамического модулей деформации отражают в нормативных условиях работы грунтов их несущую способность. В этом смысле модуль упругости и, в несколько меньшей степени, модуль деформации могут рассматриваться как более объективные характеристики качества грунтового основания, чем традиционный в инженерной практике нашей страны коэффициент уплотнения, поскольку коэффициент уплотнения с поправкой на влияние других факторов (например, влажности) служит лишь косвенной оценкой несущей способности грунта (увеличение Kу на 1 % приводит к повышению модуля упругости приблизительно на 10 %).

3.Баллонный плотномер БПД-КМ, разработанный спе-

циалистами СоюздорНИИ, является разновидностью реализации метода замещения объема. Он более удобен, чем метод определения объема лунки с помощью песка. Однако его габариты и вес (10 кг) делают его практически применимым только при инспекционном операционном контроле и приемочном контроле.

4.Грунтовой пенетрометр ПГ-1М, разработанный спе-

циалистами Военной академии тыла и транспорта и СоюздорНИИ. Этот прибор наряду с другими отечественными разработками демонстрировался в 1998 году на Всероссийском совещании дорожников и вызвал большой интерес у специалистов. Фактически это умещающаяся в одном чемоданчике полевая грунтовая лаборатория. Он позволяет с высокой точно-

32

стью определять целый ряд характеристик грунтов (модуль упругости, коэффициент уплотнения с учетом степени увлажнения, сопротивление пенетрации, удельное сцепление, угол внутреннего трения). Этот прибор незаменим при грунтовогеологических изысканиях автомобильных дорог. Однако для целей простого операционного контроля он, на наш взгляд, обладает избыточностью функций. В то же время он не позволяет непосредственно определять весовую влажность грунта, что важно при входном контроле грунтов.

5. Статический плотномер СПГ-1. Этот недорогой, не-

сложный в обращении и достаточно портативный прибор уже длительное время используется в АОЗТ «Лендорстрой». В то же время со стороны производителей работ высказывались нарекания из-за частых поломок узла крепления и неудобств, связанных с тем, что прибор длиной более 0,5 м постоянно приходится держать в руке. С учетом этих обстоятельств были внесены небольшие изменения. Из прибора был убран верхний переходный стержень, нижний рабочий стержень стал крепиться непосредственно к усиленной крепежной гайке.

Сам рабочий стержень и сменные наконечники не изменились, т.е. метрологические характеристики прибора остались прежними. В результате прибор (рис. 18) стал более компактным, изгибающие моменты в узле крепления уменьшились, сам узел крепления стал более прочным. Как следствие,

Рис. 18. Статический плотномер СПГ-1

33

поломки приборов прекратились. С целью большего удобства для производителей работ при непрерывном операционном контроле для приборов были изготовлены кобуры, крепящиеся к ремню. Прибор хорошо зарекомендовал себя на песчаных и супесчаных грунтах при содержании в них до 15 % твердых частиц крупнее 2 мм.

6. Динамический плотномер ДПУ (рис. 19). Этот недоро-

гой, простой и надежный прибор предназначен для определения Kу любого типа грунтов (в т.ч. глинистых) с содержанием не более 25 % твердых частиц крупнее 2 мм.

Рис. 19. Динамический плотномер ДПУ

Процесс испытания заключается в забивании стержня с конусным наконечником ударами гири на определенную глубину, указанную рисками на стержне. Затем на основании градуированной зависимости, приведенной в паспорте прибора, по числу ударов гири устанавливается Kу грунта. Этот прибор вполне пригоден для операционного контроля, однако для связанных грунтов (супесей и суглинников) при этом необходимо знать влажность грунта.

34

2.КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

2.1.Механизмы и оборудование для уплотнения грунтов

При выборе уплотняющего оборудования необходимо учитывать тип материала, толщину его слоя, требования, предъявляемые к уплотнению, и объем планируемых работ. Главным требованием является способность выполнения машиной уплотнения до требуемой плотности при наименьших затратах. В настоящее время для уплотнения грунта используются машины нескольких типов. Наиболее распространенные машины и их характеристики перечислены ниже.

Самоходные вибрационные катки с одним вальцом. Само-

ходные вибрационные катки с одним вибрационным вальцом и пневматическими приводными колесами (рис. 20). Используются в скальном и обычном грунте. Специальные модели с кулачковыми вальцами «пэдфут» наиболее эффективны на глинистых грунтах. Вес в пределах 4…25 тс. Наиболее значимыми для уплотнения параметрами являются статическая линейная нагрузка, амплитуда, частота и скорость передвижения.

Рис. 20. Самоходный вибрационный каток с одним вальцом

35

Большая статическая линейная нагрузка дает лучший уплотнительный эффект, а амплитуда определяет глубину уплотнения. Скорость машины не должна превышать 6 км/ч, иначе будет значительно снижаться эффективность уплотнения. Машины данного типа подходят для всех видов грунтов, уложенных сравнительно толстыми слоями. Для обработки каменных насыпей подходят только самые тяжелые модели с гладким вальцом.

Вибрационные тандемные катки. Обычно вибрация и привод хода – на обоих вальцах. Вибрационные тандемные катки (рис. 21) используются на грунте (в основном на слоях основания и подстилающих слоях), а также на асфальтобетонных покрытиях. Вес в пределах 1…18 тс.

Рис. 21. Вибрационный тандемный каток

Наиболее значимыми для уплотнения параметрами являются статическая линейная нагрузка, амплитуда, частота и скорость. Большая статическая линейная нагрузка дает лучший уплотнительный эффект. Амплитуда определяет глубину уплотнения. Скорость машины не должна превышать 6 км/ч, иначе будет значительно снижаться эффективность уплотнения. Наилучшим образом подходят для уплотнения крупнозернистых грунтов, уложенных слоями малой и средней толщины.

36

Уплотняющие виброплиты. Самоходность уплотняющих виброплит (рис. 22) обеспечивается за счет вибровозбудителя машины. Для большинства типоразмеров машин предусмотрено движение как вперед, так и назад. Вес 40…800 кгс.

Рис. 22. Уплотняющая виброплита

Наиболее значимыми для уплотнения параметрами являются контактное давление, амплитуда, частота и скорость. Большее контактное давление дает лучший эффект уплотнения. Амплитуда более всего влияет на глубину уплотнения. Лучший эффект уплотнения достигается на малых скоростях.

Ручные катки / траншейные уплотнители. Имеют два вальца с жесткой (рис. 23) или шарнирной рамой. Распространенный и обычный вариант легкого оборудования. Имеются модели с гладкими вальцами и с кулачковыми вальцами «пэдфут».

Рис. 23. Ручные катки / траншейные уплотнители

37

Статические катки с трамбующим брусом. Имеют четы-

ре кулачковых вальца и подвижной пульт управления (рис. 25). Перемещаются с более высокой скоростью относительно вибрационных катков. Эффективны на связных грунтах. Вес 15…35 тс. Наиболее важными для уплотнения параметрами являются масса колеса, ширина колеса, форма кулачков и скорость.

Рис. 25. Статические катки с трамбующим брусом

Большая масса колес дает лучший уплотнительный эффект. Скорость машины должна превышать 10 км/ч, иначе будет значительно снижаться эффективность уплотнения. Наиболее эффективны для работы на тонких слоях и на больших площадях.

Трамбовки. Высокая ударная сила башмака обеспечивает достаточное уплотняющее давление для практически всех видов грунта (рис. 26). Вес

40…100 кгс.

Наиболее значимыми для уплотнения параметрами являются вес, пло-

щадь основания башмака, высота прыжка и скорость передвижения. При оди- Рис. 26. Трамбовка

39

наковой площади башмака больший вес дает лучший уплотнительный эффект, а глубина уплотнения больше всего зависит от высоты прыжка. Лучший уплотнительный эффект достигается при меньшей скорости.

Катки на пневматических шинах. Обычно имеют 7…11

пневматических шин (рис. 27). Передние и задние шины перекрывают следы друг друга. Уплотняющее давление может изменяться путем пригрузки водой, песком или специальными

Рис. 27. Каток на пневматических шинах

чугунными грузами. Вес 10…35 тс. Наиболее значимыми для уплотнения параметрами являются нагрузка на колесо, давление в шинах и скорость катка. Большая нагрузка на колесо дает лучший уплотнительный эффект. Скорость машины не должна превышать 6 км/ч, иначе будет значительно снижаться эффективность уплотнения. Наиболее эффективны для уплотнения тонких слоев материала.

2.2.Механизмы и оборудование для уплотнения грунта

втруднодоступных местах

Грунты в стесненных, неудобных и труднодоступных местах уплотняют, как правило, малогабаритными средствами ударного и виброударного типа – ручными вибротрамбовками, виброплитами и виброкатками. Иногда используют также гид-

40