Основные способы уплотнения грунта

Уплотнение грунта и материалов. От теории к практике. Часть 3. Способы уплотнения грунта и каменных материалов. Оборудование для уплотнения.

Существует 3 основных принципа работы уплотняющего оборудования:

статическое уплотнение

вибрационное уплотнение

ударное уплотнение

Для выбора необходимого способа уплотнения руководствуются следующими факторами: тип и влажность грунта, длительность уплотнения, плотность нижних слоев грунта.

Статическое уплотнение.

Техника, использующая данный принцип работы, своим собственным весом оказывает давление на поверхность материала, приводя к его уплотнению. Из-за того что что величина статического уплотнения быстро снижается по глубине — необходимо дополнительное уплотнение низлежащих слоев материала.

Величину статической нагрузки можно изменить лишь посредством изменения массы или контактной пощади уплотнения. Кроме того, результат уплотнения зависит от скорости передвижения машины и от количества проходов по обрабатываемой поверхности.

К самым распространенным машинам, использующим статическую нагрузку относятся:

статические тандемные катки

Вибрационное уплотнение.

Вибрационное оборудование для уплотнения с высокой частотой и малой амплитудой наносит удары по обрабатываемой поверхности, чем генерируют волны сжатия, которые распространяются на внутренние слои материала, приводя его частицы в движение, полностью или частично удаляя внутреннее трение, за счет чего частицы материала группируются в более уплотненное положение..

Вибрационное уплотняющее оборудование хорошо подходит для уплотнения крупнозернистых материалов с малым показателем кажущейся связности, на слоях большой глубины. Хотя эффективность вибрационных машин теряется на мелкозернистых грунтах, такое оборудование считается одним из самых эффективных. Они позволяют достигать большую степень уплотнения на слоях большой глубины, чем машины, использующие статическое уплотнение, причем требуемая плотность достигается за меньшее число проходов.

Экономическая и практическая выгода использования вибрационного оборудования вместо его статических аналогов имеет место быть почти во всех случаях.

Ударное уплотнение.

Трамбующее оборудование использует в своей работе высокую ударную силу вместе с относительно большой амплитудой ударов, что создает мощную волну сжатия, имеющую также большое давление по глубине слоя материала.

Трамбовки работают с относительно большой амплитудой и генерируют сравнительно высокие ударные воздействия, имеющие большой эффект по глубине, что делает такое оборудование значительно более эффективным при работе со связными грунтами, нежели вибрационные машины.

Статические катки с трамбующим эффектом имеют вальцы кулачкового типа и движутся с большой скоростью, за счет чего башмак бьет по поверхности грунта с определенной силой. Максимальная эффективность при использовании таких катков достигается при обработке больших площадей связного материала.

Оборудование для уплотнения.

В настоящее время наибольшее распространение имеют следующие виды уплотняющего оборудования и машин:

Статические трехвальцовые катки.

Могут иметь привод как на 2, так и на все 3 вальца, жесткую, либо шарнирную раму, а так же балласт для регулирования уплотняющего усилия.

Важные параметры: статическая линейная нагрузка, которая напрямую влияет на эффективность уплотнения и скорость. Для достижения хорошего результата, скорость не должна превышать 6 км/ч.

Наиболее эффективное применение: тонкие слои крупнозернистого грунта.

Катки на пневматических шинах.

Как правило имеют 7—11 пневматических шин, расположенных таким образом, чтобы передние и задние шины перекрывали друг друга. Регулировка уплотняющего давления производится путем пригрузки водой, песком или специальными грузами.

Важные параметры: нагрузка на колесо, давление в шинах и скорость. Для достижения хорошего результата, скорость не должна превышать 6 км/ч.

Наиболее эффективное применение: тонкие слои материала.

Вибрационные тандемные катки.

Как правило имеют привод хода и вибрацию на обоих вальцах.

Важные параметры: статическая линейная нагрузка, которая напрямую влияет на эффективность уплотнения, амплитуда, определяющая глубину уплотнения, частота и скорость. Для достижения хорошего результата, скорость не должна превышать 6 км/ч.

Наиболее эффективное применение: малые и средние слои крупнозернистого грунта., асфальтобетонная смесь.

Самоходные вибрационные катки с одним вальцом.

Имеют один вибрационный гладкий валец и приводные пневматические колеса. Существуют специальные модели с кулачковым вальцом для применения на связных и глинистых грунтах.

Важные параметры: статическая линейная нагрузка, которая напрямую влияет на эффективность уплотнения, амплитуда, определяющая глубину уплотнения, частота и скорость передвижения. Для достижения хорошего результата, скорость не должна превышать 6 км/ч.

Наиболее эффективное применение: относительно толстые слои грунта любых типов. Для обработки каменных насыпей используются только самые тяжелые катки с гладким вальцом.

Ручные вибрационные катки и траншейные уплотнители.

Могут иметь один или два вальца, жесткую, либо шарнирную раму. Могут оснащаться как гладкими, так и кулачковыми вальцами. Зачастую имеют дистанционное управление.

Важные параметры: статическая линейная нагрузка, которая напрямую влияет на эффективность уплотнения, амплитуда, определяющая глубину уплотнения, частота и скорость передвижения. Для достижения хорошего результата, скорость не должна превышать 6 км/ч.

Наиболее эффективное применение: уплотнение грунта любых типов, укладка асфальтобетонной смеси, прокладка траншей. Работы малых и средних объемов, а также в труднодоступных или узких местах.

Виброплиты.

Виброплиты самоходны благодаря конструкции вибровозбудителя (вибрационного эксцентрика). Большая часть виброплит весом от 100 кг являются реверсивными, т. е. Имеют движение как вперед, так и назад.

Важные параметры: контактное давление (сила удара), амплитуда, частота и скорость перемещения.

Наиболее эффективное применение: малые и средние слои крупнозернистого материала, уплотнение асфальтобетонных смесей, укладка брусчатки и тротуарной плитки. Работы малых и средних объемов, а также в труднодоступных или узких местах.

Вибротрамбовки.

Имеют высокую ударную силу подошвы, что образует мощную волну сжатия, имеющую высокую эффективность по глубине.

Важные параметры: вес, сила удара, высота прыжка и площадь основания подошвы.

Наиболее эффективное применение: средние по толщине слои связного грунта, уплотнение траншей, работа в труднодоступных и узких местах.

Статические катки с трамбующим эффектом.

Имеют, как правило, 4 вальца кулачкового типа и движутся с относительно высокой скоростью, благодаря которой при ударе башмака о грунт, вызывается мощная волна сцепления.

Важные параметры: вес, ширина колеса, форма ударных кулачков, скорость передвижения, которая для эффективной работы должна превышать 10 км/ч

Наиболее эффективное применение: уплотнение связных и глтнистых грунтов на объектах большой площади.

ООО «КПД+» | Ростов-на-Дону

Ростов-Технологический
пер. Технологический, д. 8 Ж
(поворот с ул. Вавилова на «АТП-3»)
Посмотреть на карте

Ростов-Александровка
пр-кт 40-летия Победы, 330
(после рамки с камерами направо)
Посмотреть на карте

Источник

Уплотнение грунта, песка и щебня

Уплотнение строительных материалов (грунтов) производится для увеличения их прочностных характеристик и избежания осадок в процессе эксплуатации. Уплотнение происходит за счет приложения статической или вибрационной силы на уплотняемый материал. Наибольшее распространение уплотнение получило в дорожном строительстве, возведении насыпей и дамб, фундаментных и ландшафтных работах.

Качество уплотнения каменной отсыпки, грунтов и асфальтобетона напрямую связано с несущей способностью материала и его водонепроницаемостью. Причем увеличение степени уплотнения на 1% ведет к увеличению прочности материала на 10-20%.

Некачественное уплотнение ведет к последующим усадкам грунтов, что значительно увеличивает стоимость содержания или приводит к дорогостоящему ремонту.

Области применения уплотнения

Вот список областей, где уплотнение используется наиболее часто:

• Автодорожное строительство
• Железные дороги
• Фундаменты зданий
• Аэропорты и порты

Автомобильные дороги

Разнообразие современных автомобильных дорог очень большое: начиная от грунтовых проселочных дорог, заканчивая многополосными магистралями с асфальтобетонным покрытием.

Вне зависимости от типа дороги, для увеличения несущей способности полотна и увеличения срока службы необходимо использовать уплотнение всех слоев дороги, включая насыпь.

Дорога возводится двумя способами – на насыпи или в выемке. Дорожная одежда состоит из подстилающего слоя, слоя основания и финальных слоев покрытия. Основная ее задача – равномерно распределять давление от поверхностных нагрузок по всему земляному полотну.

Максимальное давление возникает на поверхности, поэтому требование к качеству материала и его уплотнению максимальны для слоев покрытия – асфальту или асфальтобетону.

Слой основания обеспечивает жесткость слоям покрытия, поэтому требования к его уплотнению также велики. Обычно для этих слоев используется щебень или каменная отсыпка.

Железные дороги

Во всем мире железные дороги обеспечивают большую часть грузового трафика. Значительная часть таких перевозок занимает транспортировка крайне тяжелых материалов, таких как руда и уголь. Поэтому способность противостоять нагрузкам критически важна для железной дороги. А этого невозможно добиться без качественного уплотнения железнодорожной насыпи.

Фундаменты зданий

Устойчивость и срок службы любых типов построек напрямую зависят от качества фундамента. Особенно это важно в местах, где отсутствуют прочные грунты.

Возведение качественной дренажной подушки под основание зданий проблематично выполнить без использования уплотнительной техники.

Крупные инфраструктурные проекты: порты и аэропорты

В современном мире грузооборот аэропортов и морских портов вырос многократно. Чтобы справится с этим потоком грузов – значительно возросла интенсивность движения судов и самолетов, а следовательно выросли нагрузки на взлетные полосы и причалы. На данных объектах требования к качеству работ и используемых материалов максимальны. Стандарты по уплотнению всех подстилающих слоев и слоев покрытия значительно выше, чем на прочих объектах.

Способы уплотнения

Существуют два способа уплотнения грунтов и асфальтных покрытий: статическое и вибрационное воздействие.

Статическое уплотнение

Статическое уплотнительное оборудование для воздействия на уплотняемый материал использует только собственный вес. Чтобы изменить силу воздействия на поверхность необходимо либо изменить массу, либо площадь контакта.

Такой тип оборудования не обеспечивает уплотнение материала на достаточную глубину, т.к. при нем возникает эффект «распора» между частицами верхнего слоя материала, что препятствует уплотнению нижележащих частиц.

К такому типу оборудования относятся статические катки с гладкими вальцами и катки на пневматических шинах.

Вибрационное уплотнение

Вибрационное уплотнительное оборудование использует комбинацию статического и динамического воздействия. Вибрация создается за счет вращения эксцентрикового груза. Вибрационные удары передается частицами материала между собой, что приводит к уменьшению трения между ними и взаимному движению. Что в свою очередь позволяет частицам переупаковываться в максимально плотное состояние. По сравнению со статическим, вибрационное уплотнение воздействует на материал на гораздо большую глубину. Изначально данный способ уплотнения использовался только для несвязных грунтов (песок, щебень и т.п.), однако со временем появилась вибрационное оборудование и для уплотнения глинистых грунтов и асфальта.

Эффективность воздействия вибрационного оборудования признана во всем мире, и на текущий момент данный способ уплотнения является доминирующим на рынке.

Влияние влажности грунта на его уплотнение

Любые грунты состоят из трех элементов: твердые частицы, воздух и вода. Во время уплотнения почти все грунты достигают максимальной плотности при определенном оптимальном содержании в них воды.

Таким образом, сухой грунт плохо поддается уплотнению, а влажный грунт становится мягким и его легче утрамбовать.

Однако, чем выше содержание воды в грунте, тем ниже его плотность. Максимальная плотность достигается при оптимальном содержании влаги в грунте, что обычно является промежуточным состоянием между абсолютно сухим и полностью влажным.

Для определения оптимальной влажности для грунта используют лабораторный анализ по ГОСТ 22733-2002 (Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности).

Степень уплотнения чистого песка и щебня (без содержания примесей) почти не зависит от содержания в них влаги, и могут быть максимально утрамбованы как в сухом, так и водонасыщенном состоянии.

Уплотнение различных типов грунтов

В зависимости от используемого уплотняемого материала выбираются соответствующие способы и оборудование для уплотнения.

Песок и щебень

Как уже упоминалось ранее, песок и щебень достигают своей максимальной плотности в абсолютно сухом или полностью водонасыщенном состоянии. Но так как данные материалы обладают отличными дренирующими свойствами, достаточная плотность достижима при любом содержании влаги в материале.

Но при использовании щебня и песка с содержанием примесей, дренирующие свойства заметно ухудшаются и материал становится пластичным, что затрудняет его уплотнение. В таких случаях необходимо производить уплотнение при оптимальном содержании влаги.

При уплотнении песка и щебня с низким содержанием примесей может возникнуть небольшая проблема – материал пытается выпучиться сзади вальца катка или виброплиты, тем самым плотность верхнего слоя снижается. Но при послойном уплотнении данный нюанс не играет большого значения, т.к. нижележащий слой уплотняется при обработке верхнего слоя.

Для уплотнения песка и щебня подойдет любое вибрационное оборудование: вибротрамбовки, виброплиты и виброкатки. Вес оборудования влияет на высоту трамбуемого слоя.

Скальная порода

Отсыпка из скальной породы применяется в качестве насыпей в дорожном строительстве, при сооружении платин и дамб, а также при возведении взлетных полос и морских портов. Валуны из скальной породы могут достигать размеров до 1,5 метров и обладают значительной прочностью.

Первичная укладка скальных пород производится бульдозерами, они образуют довольно ровную поверхность. Для дальнейшего уплотнения используют вибрационные катки тяжелого и среднего класса.

Пылеватые грунты

На качество уплотнения пылеватых грунтов сильно влияет степень содержания в них влаги. Для качественного уплотнения подобного грунта, уровень влажности не должен сильно отличаться от оптимального. При большом содержании влаги в пылеватом грунте и при воздействии вибрации такой грунт становится текучим, что сильно снижает возможность его качественного уплотнения.

Пылеватые грунты с оптимальной влажностью обладают низкой вязкостью, поэтому их можно уплотнять более толстыми слоями, чем песок. Для их уплотнения идеально подходят вибрационные катки среднего и тяжелого класса, либо тяжелые виброплиты.

Глина и суглинки

Глину и грунты, содержащие большое количество глины, часто используют в дорожном строительстве при возведении насыпей. Качество уплотнения глины меняется в зависимости от содержания в ней воды. При низком содержании влаги она становится твердой, а при высоком содержании очень пластичной. Поэтому при уплотнении подобных грунтов оптимальная влажность материала является существенным фактором.

Для уплотнения глины используют вибрационные катки с гладкими либо кулачковыми вальцами. Кулачковые – когда влажность ниже оптимальной, а гладкие вальцы – при повышенной влажности. Глубина слоя выбирается в пределах от 20 до 40 см. Толщина уплотняемого слоя влажной глины может быть больше, чем сухой.

При существенном отклонении уровня влажности от оптимального могут быть использованы бороны и фрезы для увлажнения или проветривания грунта.

Источник