Общие принципы выбора грунтоуплотняющих машин

К уплотняющим машинам предъявляют следующие требования: 1) высокая производительность работ; 2) возможность использования в стесненных местах, что важно в городских условиях; 3) универсальность уплотнения, т. е. замена одного вальца другим — кулачковым, вибрационным и т. д.; 4) снижение стоимости уплотнения, расхода топливно-смазочных материалов; 5) уменьшение их металлоемкости.

Связные грунты при оптимальной влажности эффективно уплотняются пневмоколесными и кулачковыми катками, а также машинами ударного действия. Песчаные грунты наиболее целесообразно уплотнять вибрационными машинами при влажности менее оптимального ее значения: при этом достигается лучшая упаковка зерен за счет воздействия колебательных движений (рис. 11.7). Такие грунты вибрационные машины уплотняют на большую глубину, чем связные, т. е. при связных грунтах требуется затратить больше энергии для их уплотнения (рис. 11.8). Машины ударного действия применяют независимо от свойств грунтов.

Производительность современных землеройных машин составляет 400, и даже 600 м³/ч. В связи с этим приходится повышать производительность уплотняющих машин за счет увеличения либо их количества, либо скорости рабочего движения. Первый путь не всегда возможен ввиду значительных помех и заторов в работе при перенасыщении строительной площадки дорожными машинами и автомобилями. Второй путь применяют во многих странах, однако увеличение рабочей скорости до 12—15 км/ч сопровождается снижением глубины уплотнения (по данным М. Т. Костельова) на 30—40 %. Значит требуются дополнительные затраты и работы по разравниванию и планировке грунта более тонкими слоями.

Рис. 11.7. Влияние влажности песка на глубину уплотнения Z и относительный коэффициент уплотнения Ко при уплотнении шестью проходами самоходного виброкатка массой 9 т (США) 1 — естественная влажность; 2 — оптимальная влажность; 3 — сыпучий песок

Рис. 11.8. Динамическое давление Р на различных глубинах Z песчаного и глинистого грунтов при уплотнении виброуплотнителями различных типов 1 — вибрационная плита массой 0,135 т; 2 — то же, 0,4 т; 3 — вибрационная трамбовка массой 0,06 т; 4 — вибрационный каток массой 0,14 т; 5 — то же, массой 3,3 т; 6 — то же, 13 т

В общем виде производительность уплотняющих машин П, м/ч, составляет:
П = 1000hσ (В—b) η/n,
где h — толщина уплотняемого слоя, м; σ — рабочая скорость движения уплотняющей машины, км/ч; В — ширина уплотняемой полосы, м: b — ширина перекрытия соседних полос уплотнения, м; η — коэффициент, учитывающий потери времени на повороты машины и переключение скоростей; n — число проходов для достижения требуемой плотности.

Значит, повысить производительность машин можно увеличением толщины уплотняемого слоя, скорости их движения и ширины уплотняемой полосы. Число проходов уплотняющей машины для каждого вида и состояния грунта обусловлено соотношением между контактным давлением машин и пределом прочности грунта. Практически необходимое число проходов по одному следу в зависимости от требуемой степени уплотнения (см. табл. 11.1) и типа грунтоуплотняющих машин составляет для катков всех типов [11, 32]
n=AyдHо/qf и для трамбующих машин всех типов:
n—AyдHo/qoh,
где Ayд —удельная работа грунтоуплотняющих машин; Но — толщина уплотняемого слоя в плотном теле, см; q — линейное давление катка, МПа (q = m/B); qо — статическое давление трамбующего органа машины, МПа (qо = m/F); m — масса катка или трамбовки, кг; В — ширина рабочей площадки катка, см; F — площадь основания трамбовки, см²; f — коэффициент сопротивления движению катка; h — высота падения трамбующего груза, см.

Увеличение толщины уплотняемого слоя и ширины уплотняемой полосы требует повышения массы машины, что сопровождается увеличением мощности ее двигателя. Но повышение массы уплотняющей машины ухудшает ее маневренность и проходимость на земляном полотне, особенно при увеличении ширины уплотняемой полосы (повышаются габариты машины и соответственно радиус ее разворота). В соответствии с этим ширина уплотняемой полосы, установленная строительной практикой, не превышает 2,5—3 м.

От скорости движения зависит качество уплотнения и производительность уплотняющей машины. Ее изменение в пределах до 3—4 км/ч практически мало отражается на качестве и глубине уплотнения грунта. Повышение скорости более указанных пределов вызывает ухудшение физико-механических свойств уплотняемого грунта (прежде всего его деформативной способности) и снижение глубины, на которой нужно достичь требуемой плотности. Поэтому Ленфилиал Союздорнии рекомендует повышать скорость движения уплотняющих машин до 12—15 км/ч только на промежуточных проходах. Два первых и два последних прохода следует совершать при малой скорости движения (до 3—4 км/ч). Такой режим позволяет увеличить производительность уплотнения грунта на 35—40 % без существенного снижения качества и глубины уплотнения.

Наибольшие возможности в повышении производительности машин заключаются в увеличении толщины уплотняемого слоя. Однако у каждого типа и вида уплотняющих машин технико-экономическая возможность увеличения толщины уплотняемого слоя различна.

Грунт уплотняют статическим и ударным, вибрационным и комбинированным способами. При статическом способе нагрузки действуют на грунт в течение большого промежутка времени, при ударном — кратковременно.

При вибрационном способе колебания ослабляют связи между частицами, способствуя уплотнению грунта. Комбинированный способ предусматривает одновременное действие на грунт удара и вибрации либо статического давления и вибрации.