Уплотнение грунта при возведении земляных сооружений

При устройстве из насыпных качественных грунтов различных земляных сооружений или их элементов, к которым предъявляются определенные требования по несущей способности, устойчивости, водонепроницаемости и др., необходимо выполнять уплотнение грунта. Наибольшее распространение получил механизированный метод. Критерием уплотнения приняты требуемая плотность грунта, выраженная объемной массой скелета грунта, или коэффициент стандартного уплотнения (Ку), равный отношению требуемой плотности скелета грунта к его максимальной стандарт Работы по уплотнению грунта ведут при их влажности, близкой к оптимальной, при которой достигается наибольший эффект. Ниже приводятся ориентировочные значения оптимальной влажности, %, для различных грунтов:
пески мелкие и пылеватые ………. 8...14
супеси:
легкие и тяжелые .............................. 9...15
пылеватые.......................................... 16...20
суглинки:
легкие    ..... ........................................ 12...18
пылеватые   .... ..........................….....15...22
тяжелые и тяжелые пылеватые... 14...20
глины:
пылеватые..................................... ....16...26
жирные...............................................20...30
черноземы суглинистые  .............20...25

Оптимальную влажность практически можно получить увлажнением сухих или подсушиванием излишне влажных грунтов. При уплотнении грунтов, влажность которых отличается от оптимальных, необходимо уменьшить толщину уплотняемого слоя и увеличить время работы средств уплотнения.

Механические методы уплотнения в зависимости от характера воздействия рабочих органов на грунт и конструктивного решения средств механизации делятся в основном на следующие виды: укатка, вибрирование, трамбование и комбинированный метод.

При уплотнении грунта укаткой используются катки пневмо-колесные, кулачковые, решетчатые и с гладкими вальцами. В исполнении они могут быть различные по массе, самоходные, полуприцепные и прицепные.

Пневмокатками в зависимости от их типа и характеристики грунта могут уплотняться связные грунты с толщиной слоя (в рыхлом состоянии) 15...75 см и несвязные — при толщине слоя 25...90 см; число проходов катка по одному следу при опытном уплотнении соответственно равно 5...12 и 4...10 раз.

Кулачковыми катками уплотняют только связные грунты при толщине слоя 20...85 см и числе проходов 6... 14 раз.

Катки с гладкими вальцами используют для уплотнения связных и несвязных грунтов при толщине слоя 10...15 см.

При уплотнении грунта укаткой различаются две схемы движения катков: челночная и по кругу.

При уплотнении грунта вибрированием применяются вибрационные катки (виброкатки), виброплиты, вибротрамбовки и глубинные виброуплотнители. Этот метод рационален в основном для несвязных и малосвязных грунтов. Чем выше связность грунта, тем интенсивнее затухают колебания по глубине уплотняемого слоя и тем ниже эффективность вибрирования. Сочетание вибрации со статическим давлением способствует повышению эффективности данного метода. Все виды катков при наличии у них вибровозбудителя могут быть использованы для виброуплотнения грунтов.

Виброкатки с гладкими вальцами применяют для уплотнения связных грунтов толщиной 15...50 см и несвязных — толщиной 15... 70 см. Особый интерес представляют одновальцовые малогабаритные самоходные виброкатки (рис. 4.11, а) с массой до 0,7 т, обеспечивающие ширину уплотняемой полосы 66 см. Ими производят уплотнение в стесненных условиях, в том числе в узких траншеях, вблизи трубопроводов, фундаментов и стен, где применение других машин затруднительно.

Рис. 4.11. Средства для уплотнения грунтов
а — одновальцовый малогабаритный виброкаток: 1 — валец; 2 — рама; 3 — опорный валик: 4 — дышло; 5 — двигатель внутреннего сгорания: б — подвесная виброплита: 1 — вибропогружатель ВПП-2; в — самопередвигающаяся вибротрамбовка ВУТ-3: 1 - вибровозбудитель: 2 — пусковое устройство; 3 — пульт дистанционного управления; 4 — кабель; 5 — трамбующая плита; г — подвесная  вибротрамбовка ПВТ-3: 1 — корпус; 2 — вал эксцентриковый; 3 — плита трамбующая; 4 — электродвигатель; 5 — кожух; 6 — пульт управления; д — глубинная виброударная установка ВУПП: 1 — вибропогружатель ВПП-2; 2 — электродвигатель; 3 — патрубок; 4 — ствол: 5 — ребро: 6 — наконечник ствола; 7 — резиновый шланг; 8 — патрубок; е — уплотнение грунта трамбовочной машиной ДУ-12Б: 1 и 2 — толщины соответственно уплотняемого и уплотненного слоев; ж — уплотнение грунта навесной трамбующей плитой: 1 — экскаватор с навесной трамбующей плитой; 2 — трамбующая плита; 3 — полосы перекрытия; 4 — уплотняемые полосы грунта; 5 — уплотненные участки; 6 — стоянки экскаватора по оси движения

Виброплиты также используются для уплотнения несвязных и малосвязных грунтов. По конструкции они состоят из уплотняющей плиты с вибровозбудителем и подмоторной рамы с двигателем, на которой закреплена рукоять управления или крановая подвеска. Самопередвигающиеся легкие и тяжелые виброплиты типа Д и Svp используются при обратной засыпке пазух и траншей для уплотнения слоя несвязного грунта толщиной 20...60 см. Подвесные (к крану) виброплиты типа ВПП (с массой 1 ...2,7 т) применяют для уплотнения связных и несвязных грунтов при толщине слоя 50...80 см (рис. 4.11, б).

Работа виброударных машин основана на сочетании вибрационного и ударного режимов, что способствует увеличению их уплотняющих свойств. Использование самопередвигающихся с дистанционным управлением вибротрамбовок типа СВТ и ВУТ (масса 0,1...0,35 т, размер плиты от 0,4 X 0,4 до 0,6 X 0,8) целесообразно для уплотнения связных грунтов при толщине уплотняемого слоя до 0,3 м в труднодоступных местах (рис. 4.11, в). Подвесной вибротрамбовкой типа ПВТ (масса 2,6 т, размер плиты 0,8 X 0,8 м) уплотняют грунты: связные — при толщине слоя до 0,6 м, несвязные — до 0,8 м (рис. 4.11, г). Управление трамбовкой осуществляется из кабины крана.

Глубинное уплотнение с помощью виброударной установки типа ВУПП (рис. 4.11, д) эффективно для водонасыщенных средне- и мелкозернистых песков при глубине 2,5...6 м. Установка погружается и извлекается из грунта с помощью вибропогружателя и крана. Уплотнение песка происходит на площади диаметром 4...5 м.

Уплотнение грунта методом трамбования осуществляется с помощью трамбовочных машин, навесных плит и механических трамбовок. Этот метод рационален для уплотнения связных и несвязных грунтов, в том числе крупнообломочных, а также сухих комоватых глин.

С помощью трамбовочных машин типа ДУ-12 (рис. 4.11, е) уплотняются грунты с толщиной слоя до 1,2 м при устройстве различных оснований. Уплотнение осуществляется проходками шириной 2,6 м поочередными ударами двумя плитами массой 1,3 т при свободном их падении на грунт.

При использовании навесных трамбующих плит глубина уплотнения грунта зависит от диаметра и массы трамбующего органа (рис. 4.11, ж). Свободно подвешенные плиты поднимают на высоту 1...2 м и при иЗГ падении за несколько ударов уплотняют грунт. Трамбование тяжелыми плитами с диаметром основания 1... 1,6 м, массой 2,5...4,5 т обеспечивает уплотнение слоя толщиной 120... 160 см для связного и 140... 180 см для несвязного грунта. Уплотнение ведут полосами шириной 0,9 диаметра трамбующего органа с перекрытием смежных следов на 0,5 диаметра.

Для уплотнения грунтов в стесненных условияхэффективными могут быть такие навесные средства, как гидравлические и пневматические молоты с уплотняющими плитами. Толщина уплотняемого слоя в соответствии с типом молота будет для связных грунтов 25...70 см и 25...40 см, для несвязных — 30...80 см и 30...50 см (рис. 4.11, з). В этих же целях успешно используются пневмопробойники и станки ударно-канатного бурения. Образуемые при уплотнении скважины следует засыпать местным грунтом слоями толщиной до 1 м с уплотнением. В результате вокруг скважины образуется зона уплотненного грунта размером 2,5...3 диаметра скважины.

Для уплотнения грунта в стесненных и неудобных местах при засыпке траншей, ям и котлованов в качестве механических трамбовок с ручным управлением используются самопередвигающиеся электротрамбовки типа ИЭ и пневматические трамбовки TP и Н Электротрамбовками (рис. 4.11, и) массой от 18 до 180 кг уплотняют несвязный грунт при толщине слоя 0,15...0,5 м, массой 80 и 180 кг — связный грунт при толщине слоя соответственно 0,3 и 0,4 м.

При комбинированном методе уплотнения грунта применяют различные средства уплотнения в зависимости от условий работы.