Pиc. 2.4. Изменение оптимальной плотности и оптимальной влажности при разном уплотнении:

1 - стандартное уплотнение (СССР); 2-усиленное уплотнение (США); 3 - линия нулевых пор

Требуемую плотность грунта определяют обычно по следующей формуле:

δ_тр = δ_ст×К_укл, где (2.9)

δ_тр - требуемая плотность, г/см³;

δ_ст - максимальная плотность по прибору стандартного уплотнения, г/см³;

К_укл - коэффициент уплотнения, устанавливаемый по СНиП 2.05.02-85.

Коэффициент уплотнения регламентируется строительными нормами в зависимости от категории дороги, типа дорожной одежды, дорожно-климатической зоны и конструкции земляного полотна.

Уплотнение грунта осуществляют одним из следующих способов: укаткой, трамбованием и вибрированием. В зависимости от способа уплотнения средства для уплотнения разделяют на катки, трамбующие машины или плиты и виброплиты или виброплощадки. Возможны комбинированные средства в виде виброкатков, оказывающих наряду со статическим воздействием также вибрационное действие на грунт. Подробные характеристики машин и оборудования для уплотнения грунтов приведены в разд. 38.4.

Катки для уплотнения грунтов могут быть прицепными, полуприцепными и самоходными. Перемещение прицепных и полуприцепных катков осуществляют специальными тягачами или тракторами.

Наиболее распространенными уплотняющими машинами в дорожном строительстве являются прицепные и самоходные катки. Для уплотнения грунтов применяют чаще всего следующие разновидности катков: гладковальцовые, кулачковые и вибрационные. Катки с гладкими вальцами применяют для уплотнения связных и малосвязных грунтов, слоями не более 0,25 м.

При выполнении земляных работ в зимнее время и при необходимости уплотнения грунта, содержащего мерзлые комья, применяют решетчатые катки, которые измельчают такие комья и уплотняют грунт. Решетчатые катки применяют также для уплотнения сухих комковатых грунтов.

Трамбование является универсальным способом уплотнения, пригодным для большинства грунтов. Его применяют для уплотнения грунтовых оснований, существующих насыпей, а также при уплотнении насыпного грунта в стесненных условиях. Посредством трамбования можно уплотнять грунт слоями большой толщины. Трамбование позволяет достигать плотности грунта выше максимальной стандартной. Этот способ допускает уплотнение грунта с влажностью выше и ниже оптимальной. Трамбование можно использовать для уплотнения прочных комковатых грунтов, в том числе и крупнообломочных. При уплотнении слоев большой толщины (1-2 м), а также для достижения плотности грунта выше стандартной максимальной плотности используют свободно падающие с высоты 2-6 м трамбующие плиты массой 2-15 т.

Вибрационное уплотнение применяют для уплотнения крупнообломочных, песчаных и других малосвязных грунтов. Одномерные пески эффективно уплотняются только вибрированием. Прицепными и самоходными виброкатками массой 4-5 т рекомендуют уплотнять грунт слоями 0,40-0,50 м, катками с большей массой можно уплотнять песчаные грунты на глубину 0,6-0,8 м. В табл. 2.13 приведены сводные данные по условиям применения различных способов уплотнения.

Таблица 2.13

Большая номенклатура средств для уплотнения грунта выпускаемых отечественными и зарубежными предприятиями ставит задачу выбора уплотняющих средств перед каждой строительной организацией, участвующей в выполнении земляных работ при строительстве автомобильных дорог. С другой стороны, при выполнении работ на конкретном объекте в определенных условиях также приходится решать задачу выбора из имеющегося в организации парка машин.

При выборе уплотняющих машин учитывают погодно-климатические условия, физико-механические свойства грунтов, ограничения по срокам и директивный темп ведения работ. Критерием для выбора оптимального варианта служат минимальные затраты на достижение требуемого качества уплотнения при выполнении ограничений каждого конкретного объекта.

Машины для уплотнения грунтов входят в состав механизированных отрядов, где основными являются землеройно-транспортные машины. Поэтому производительность машин для уплотнения должна соответствовать производительности отряда.

В соответствии с выбранной машиной для уплотнения грунта следует разработать технологию уплотнения. При этом следует установить толщину уплотняемого слоя, режим уплотнения - количество проходов катка по одному следу или число ударов трамбующей плиты, скорость движения катка, схему перемещения уплотняющей машины.

При определении толщины уплотняемого слоя необходимо учитывать тип и разновидность грунта, его начальную плотность, тип катка, его массу, требуемую плотность грунта. Оптимальную толщину уплотняемого слоя или число проходов (ударов) уплотняющих машин по одному следу, необходимых для достижения требуемой плотности, можно установить пробной укаткой или вычислить по следующим формулам:

число проходов для катков

(2.10)

число ударов для трамбующих машин

где (2.11)

А_уд - удельная работа машин для уплотнения связных грунтов при К_упл = 0,95 - 0,20 Дж/см³; при К_упл = 0,98 - 0,40 Дж/см³; при К_упл = 1 - 0,60 Дж/см³; для несвязных грунтов значения А_уд уменьшают в 1,5 раза;

Н_о - толщина уплотняемого слоя в плотном теле, см;

q - линейное давление катка, Н/см;

;

q_о - статическое давление трамбующего органа машины, Н/см²;;

Q - масса катка или трамбующей плиты, Н;

В - ширина рабочей площади катка, см;

F - площадь сопротивления трамбующей плиты, см²;

f - коэффициент сопротивления движению катка;

В случае применения кулачковых катков толщина уплотняемого слоя и число проходов соответственно

и где (2.12)

l - длина кулачка, см;

b - минимальный размер опорной части поверхности кулачка, см;

h_p - толщина рыхлого слоя у поверхности, см;

S - поверхность вальца, см²;

F - опорная поверхность кулачка, см²;

m - общее число кулачков;

k - коэффициент, учитывающий неравномерность перекрытия поверхности кулачками, среднее значение которого можно принять равным 1,3.

Толщина отсыпаемых слоев грунта, как правило, должна быть одинаковой, а число проходов катка может быть различным в зависимости от требований к плотности грунта, изменяющихся от расположения слоя по высоте насыпи. Влажность грунта при уплотнении должна отличаться от оптимальной не более, чем указано в табл. 2.14.

Таблица 2.14