Физические основы теории уплотнения грунтов

  • Требования к плотности грунтов
  • Общие принципы выбора грунтоуплотняющих машин
  • Краткая характеристика грунтоуплотняющих машин
  • Технология уплотнения грунтов
  • Грунты с коагуляционной структурой являются трехфазными системами: поры в грунтовом скелете заполнены водой и воздухом. Пористость и влажность грунта решающим образом влияют на его состояние. С увеличением плотности пористость грунта уменьшается, а прочность возрастает; кроме того, уменьшаются деформируемость, водопроницаемость, набухание и морозное пучение, что повышает прочность и устойчивость земляного полотна.
    Процесс уплотнения с точки зрения физики можно разделить на два этапа: на первом — жидкая фаза играет роль смазки, облегчая перемещение грунтовых частиц; на втором — водные пленки, окружающие пылеватые и особенно глинистые частицы, обеспечивают грунту надлежащие связность и прочность. Возрастает роль упругого сжатия водных пленок, определяющего возможность дальнейшего уплотнения.
    Общеизвестны два механизма упругого деформирования пленок жидкой фазы в зонах контакта между минеральными частицами: первый связан с упругим сжатием пленки, деформирующейся, как упругое тело; второй обусловлен уменьшением водных пленок в контактах грунтовых частиц вследствие выжимания воды. При повышении уплотняющей нагрузки в зонах контактов часть рыхлосвязной воды пленок выжимается в поровое пространство. С уменьшением нагрузки толщина водных пленок увеличивается и минеральные частицы раздвигаются под их расклинивающим действием.
    Значит, основным положением теории уплотнения является учет влияния свойств жидкой фазы на степень уплотняемости и прочности коагуляционных, т. е. связных грунтов. Цель уплотнения — достичь требуемой плотности грунта, заданных показателей прочности и устойчивости (модуль упругости, коэффициенты трения и сцепления), снизить водопроницаемость и набухание грунта.
    При малой влажности связная вода водных пленок находится в зоне действия межмолекулярных сил притяжения минеральных частиц. Эти силы изменяют структуру воды. Плотность такой связной воды больше единицы, температура замерзания ниже нуля и свойства ее приближаются к свойствам упруго-вязких тел (рис. 11.1).
    При уплотнении происходит взаимное смещение частиц грунта и плотность их повышается. При небольшой влажности грунта и тонких водных пленках, смазывающее действие воды не проявляется, затрудняется уплотнение (рис. 11.2, зона А). Плотность грунта меньше, чем в зоне Б, при одной и той же затрате уплотняющей энергии. Увеличение влажности сопровождается увеличением толщины пленок воды, а потому уменьшением их прочности и вязкости. Уменьшаются силы трения между грунтовыми частицами, улучшается их уплотняемость, но понижаются модуль упругости и сопротивление сдвигу.
    Когда влажность грунта возрастает до границы текучести, толщина водных пленок достигает максимума. В порах появляется свободная вода и грунт переходит в текучее состояние (зона С). Уплотнение возможно только за счет выжимания свободной воды, что требует больших усилий. Поэтому существует определенное значение влажности, при котором достигается максимальное уплотнение грунта при данной нагрузке.
    Надлежащее уплотнение позволяет уменьшить толщину одежды — наиболее ответственной и дорогостоящей части улицы и городских дорог, а также обеспечить работу дорожных одежд в пределах упругой стадии независимо от сезона года.


    Строительство дорог