Промышленное и гражданское строительство

Строительные машины

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

После отсыпки грунта в насыпь вследствие его естественной осадки, а также от воздействия внешних нагрузок, передаваемых насыпи наземными сооружениями, движущимися по ней транспортными средствами и в других случаях, с течением времени грунт частично изменяет свою плотность, вызывая осадку земляного сооружения. Для получения проектных размеров земляного сооружения в процессе строительства после отсыпки грунта его уплотняют укаткой, трамбованием, вибрацией, виброукаткой или вибротрамбованнем. В процессе уплотнения частицы грунта смешаются и укладываются более компактно за счет вытеснения жидкой и газообразной фаз.

При укатке необратимая деформация (уплотнение) грунта развивается вследствие многократно повторяющегося действия перемещающейся нагрузки на поверхности контакта с грунтом перекатываемого по нему вальца или колеса. При трамбовании грунт уплотняется падающей массой. При этом часть кинетической энергии в момент удара о грунт преобразуется в работу его уплотнения. В и б р о у п л о т-пение заключается в сообщении грунту колебательного движения, которое приводит к относительному смещению его частиц и более плотной их упаковке. Эти движения возбуждаются колеблющимися массами, находящимися либо на поверхности уплотняемого грунта (поверхностные вибраторы) , либо внутри него (глубинные вибраторы). При виброуплотненни рабочий орган вибратора колеблется вместе с грунтом (присоединенной массой грунта). Если возмущения превзойдут определенный предел, то виброуплотнение преобразуется в в и й-р о т р а м б о в а н и е с отрывом рабочего органа вибратора от грунта и частыми ударами по нему. При этом грунт будет встряхиваться и находящаяся в нем связанная вода перейдет в свободную, благодаря чему уменьшится сопротивляемость грунта внешним нагрузкам. Этим достигается  большая  эффективность  процесса по сравнению с другими способами уплотнения. Как разновидность виброуплотнения применяют также комбинацию этого способа с укаткой, для чего перекатываемому по грунту катку сообщают направленные вертикальные колебания.

При назначении режимов работы грун-тоуплотняющего оборудования следует учитывать, что большей глубине уплотняемого слоя соответствуют большие давления на поверхности контакта с грунтом рабочего органа, которые, однако, не должны быть выше предела прочности грунта. Если это условие но удовлетворяется, то происходит разрушение структуры грунта, которое проявляется в сильном волнообразовании перед вальцами или колесами катков, выпирании грунта в стороны. Так как после каждой очередной проходки грунтоуплотняю-шей машины предел прочности грунта на ею поверхности возрастает, то для повышения эффективности процесса целесообразно контактные давления увеличивать от прохода к проходу (для катков) или от удара к удару (для трамбующих машин). С этой целью рекомендуется двух-стадийное уплотнение грунта: предварительное — лептой машиной, окончательное — тяжелой. При этом общее число проходов или ударов по одному месту может быть уменьшено в среднем на 25 % z сокращением стоимости работ до 30 %, R том числе и за счет частичной замены тяжелых машин легкими. При уплотнении грунтов после скреперной отсыпки получают более высокий эффект вследствие того, что предварительное уплотнение грунта будет выполнено скреперами попутно с их разгрузкой.

При уплотнении грунта укаткой скорости передвижения катков не оказывают влияния на изменение плотности грунтов. Но при повышенных скоростях из-за больших сдвигающих усилий на контактной поверхности формируется менее прочная структура грунта. Исследованиями установлены рациональные скоростные режимы — перемещение катка на малой скорости (1.5... 2,5 км/ч) на первом и двух последних проходах и на повышенных скоростях (8... 10 км/ч) на промежуточных проходах,— которыми обеспечивается увеличение производительности катков примерно в два раза по сравнению с работой в односкоростном режиме, удовлетворяющем требованиям прочности поверхностной структуры грунта.

Катки. Катки предназначены для уплотнения грунтов и других сыпучих материалов (гравия, щебня) при возведении отсыпаемых послойно дорожных насыпей, плотин и дамб, оросительных сооружений и водохранилищ, при засыпке канав и т. п. По способу силового воздействия на уплотняемый грунт различают катки статического действия и виброкатки. По типу рабочего органа катки изготовляют с гладкими, кулачковыми, ребристыми и решетчатыми вальцами и с пневмоколесами. По способу соединения с тягачом катки могут быть прицепными, полуприцепными и самоходными. Последние применяют в основном для уплотнения дорожных оснований и покрытий. Катки эффективно применять на линейных объектах большой протяженности или площадях с большими размерами.

Катки с г л а д к и ми в а л ь цами наиболее просты по конструкции. Такой каток состоит из гладкого пустотелого вальца 5 ( 4.48, а) и охватывающей его рамы 3 с дышлом 2 и сцепным устройством / на конце. Валец соединяется с рамой через подшипники 4 на торцовых шипах. Для увеличения давления на грунт валеи загружают песком (балластируют) через люк 7. Налипший на поверхность вальца грунт очищается скребком 6', установленным на раме. Катки этого типа перемещаются за тягачом (трактиром). Последовательные проходы выполняются либо с разворотами на концах гонов для возвратного движения, либо челночным способом, для чего тягач перецепляют на противоположную сторону катка.

Гладкие катки уплотняют грунт слоями 0,15...0,2 м без разрыхления его поверхности или с незначительным разрыхлением на глубину 1...3 см {в несвязных грунтах). Их применяют преимущественно для прикатки в один-два прохода поверхности грунта, уплотненного другими катками.

Кулачковые катки ( 4.48, в) отличаются от катков с гладкими вальцами наличием на рабочей поверхности вальцов кулачков 9, расставленных в шахматном порядке. Кулачки приваривают либо   непосредственно   к   обечайке   вальца.

либо к полубандажам 8, которые затем монтируют на обечайке гладкого вальца. Междурядья кулачков очищают штырями, собранными на обшей балке, прикрепленной к раме вместо скребка. Грунт уплотняют внедряемыми в него кулачками, а на первых проходах также поверхностью вальца. Кулачковые катки эффективны для работы в рыхлых связных грунтах. Для уплотнения несвязных грунтов их не применяют из-за интенсивного перемещения частиц грунта вверх и в стороны, вследствие чего практически невозможно достигнуть требуемой плотности. Отечественной промышленностью выпускаются прицепные кулачковые катки массой до 28 Мг при диаметре вальцов до 2,4 м, ширине уплотняемой полосы до 2,7 м и толщине уплотняемого слоя до 0,4 ы.

Рабочие поверхности р ебриетых катков выполнены из нескольких соос-ных кольцевых бандажей с волнообразными внешними поверхностями, выступы которых расположены в шахматном порядке. Обечайку р е ш етчатого катка изготовляют из прутков в виде решетки с квадратными ячейками. Подобно кулачковым ребристые и решетчатые катки производят глубинное уплотнение грунта, внедряясь в него ребрами или прутьями.

Для укатки грунта на обширных площадях используют сцепы из двух — пяти катков и более, объединенных общими траверсами  (рнс. 4.48, в).

Прицепной пневмоколесный кат о к ( 4.48, г, д) состоит из рамы 3, соединенной посредством дышла 2 и сцепки с тягачом (трактором или автомобилем), 4...6 пневмоколес //, соединенных с рамой одной осью ( 4.48, г) или через балансиры ( 4.48, <>), и одного 10 ( 4.48, г) или нескольких 12 ( 4.48, О) по числу колес балластных ящиков. В последнем случае крайние балластные ящики жестко соединяются между собой передней и задней поперечными балками, а ось каждого из колес крепится к днищу соответствующего балластного ящика. Средние яшики балансирно закреплены на задней поперечной балке. Такая конструкция обеспечивает постоянный контакт всех колес с неровной поверхностью укатки и равномерную передачу нагрузки на грунт каждым колесом. Катки с общей осью колес этими свойствами  не обладают  н  при их

перемещения может нарушаться контакт отдельных колес с грунтом. Пневмоколес-вые катки применяют для уплотнения грунтов, гравийных и щебеночных основании, а также черных смесей и асфальтового бетона. Преимуществом ^тих катко» перед катками с жесткими вальцами является то, чю при уплотнении каменных материалов они не измельчают их. Отечественной промышленностью выпускаются прицепные пневмоколесные катки массой до 25 Mr при ширине уплотняемой полосы до 2,8 м. Эти катки уплотняют грунт слоями 0,45 м. Требуемая плотность грунта достигается за (j...8 проходов в связных и 3...4 прохода В несвязных грунтах.

Весьма эффективно для уплотнения малосвязных грунтов применять в и 6 р а ц н-о Н ные к а т к и ( 4.48, с) с гладкими, кулачковыми или решетчатыми вальцами, внутри которых вмонтирован вибратор направленных колебании, приводимый клино-ременнон передачей от автономного двигателя, установленного на раме катка. Эффективность уплотнения достигается за счет совместного действия на грунт гравитационных и возмущающих сил, генерируемых вибратором, чю позволяет получить требуемую плотность грунта при меньшей массе катьа. Так. при уплотнении песков за счет вибрационного воздействия масса катка может быть снижена примерно в пять раз, при супесях — в два раза, а при уплотнении средних и тяжелых суглинков лишь на 10...30 %, Эффективность вибрационного воздействия снижается с увеличением содержания в грунте глинистых частиц. Поэтому для уплотнения связных и выеоко-енязпых грунтов требуется применять весьма тяжелые катки, Влброкагки могут работать в вибрационном и виброударном режимах. Последний наступает при амплитудах возмущающей силы больше удвоенной силы тяжести катков.

Промышленности.) выпускаются виброкатки массой 3 Mr при диаметре вальца 1,2 м. Ширина уплотняемой полосы составляет 1,4 м, а глубина уплотнения до 0,6 м. Возмущающая сила вибрации и 30 кН генерируется вибратором, приводимым двигателем мощностью 30 кВт. Частота вибрации составляет 30 Гц. Каток буксируется колесным или гусеничным трактором класса 15...30 кН со скоростью до 3 км/ч. В рамках социалистического содружества производство прицепных внброкатков массой до 12 Mr с гладкими, кулачковыми и решетчатыми вальцами освоено в ГДР. В западноевропейских странах широкое распространение получили самоходные двухвальцо-вые виброкатки небольшой массы (600... 1200 кг) при диаметре вальцов 400...600 мм и ширине, превышающей их диаметр в 1,4... 1,7 раза. Выпускаются также катки с комбинированием ведущих пневмоколес и ведомых вибрационных стальных катков, установленных на шарнирно-сочлененной раме.

Трамбующие машины и оборудование. Трамбованием уплотняют как связные, так и несвязные грунты слоями большой толщины (Г..1,5 м). Рабочие органы трамбующих машин в виде чугунных или железобетонных плит круглой или квадратной формы навешивают на экскаваторы или специально приспособленные для этого машины. В первом случае в качестве базовой машины используют экскаватор-драглайн, к подъемному канату которого подвешивают плиту массой 0,8... 1,5 Мг с площадью опорной поверхности около 1 м~. Вспомогательным канатом с легким оттяжным грузом предупреждают закручивание основного каната. Плиту поднимают на высоту 1,2...'2 м, с которой се сбрасывают отключением от трансмиссии барабана подъемной лебедки. Тремя — шестью ударами плиты о грунт достигают его уплотнения на глубину 0.8... lf> м. Продолжительность рабочего цикла с учетом поворотных движений экскаватора в плане составляет в среднем 12...20 с, что определяет невысокую производительность этого способа. Применение экскаваторов для уплотнения грунтов экономически невыгодно из-за высокой стоимости этих машин, а также из-за повышенного износа подъемного и передающих .механизмов в описанном режиме нагруже-ния. По этой причине указанный способ уплотнения грунтов имеет ограниченное применение — в местах, труднодоступных для других грунтоуплотняющих машин.

Для уплотнения грунтов на объектах с широким фронтом работ используют самоходные трамбующие машины на базе гусеничного трактора класса 100... 150 кН ( 4.49, a). Грунт уп-'ютннют двумя чугунными плитами S кассой 1.3 Мг каждая, поочередно поднимаемы ми по установленным сзади трактору штангам 2 и падающими на грунт при непрерывном движении машины вперед. Плиты поднимают канатами 7 ( 4.49, б) с помощью кривошипного механизма 6, приводимого в движение через редуктор / от двигателя 8, установленного в передней части трактора. В момент перехода кривошипа через верхнюю «мертвую точку» установленная в его приводе муфта предельного момента 5 отключает канатную систему от редуктора, обеспечивая тем самым свободное падение трамбующей плиты. Для снижения динамических нагрузок в канатах они прикреплены к передней раме и трамбующим плитам через пружинные амортизаторы 4 и 9. В зависимости от содержания в грунте глинистых частиц уплотнение на глубину до 1,2 м достигается за 3...6 ударов плиты по одному месту. Соответствующая этим требованиям скорость передвижения трактора составляет 160...320 м/ч.

Виброуплотняющее оборудование. Для уплотнения грунта при ограниченной в плане его поверхности применяют вибрационные поверхностные уплотнители (виброплиты). Грунт уплотняется плитой-поддоном / ( 4.50), которой сообщаются колебания, генерируемые двухдебалансным вибратором 2, установленным на плите шарнирно. При изменении положения корпуса вибратора относительно плиты-поддона возникает горизонтальная составляющая возмущающей силы Q, обеспечивающая виброплите горизонтальные перемещения (самопередвижение) в направлении действия этой составляющей. Вращение дебалансам вибратора передается через гибкую, обычно клпноременную передачу от силовой установки, смонтированной на подрамнике, установленном на плите на пружинных или резинометаллических амортизаторах ( 4.50, а). Управляет виброплитой оператор с помощью рычагов, установленных на дышле, которое соединяется с плитой через амортизаторы. Поворотом дышла также изменяется направление самопередвижения    виброплиты.    Виброплиты транспортируют на специальных тележках, буксируемых трактором или автомобилем. Изготовляемые в рамках социалистического содружества в ГДР виброплиты производительностью от 300 до 900 ма/ч массой от 150 до 1400 кг обеспечивают уплотнение грунта на глубину 0,3...1 м.