5.8.1. Уплотнение грунта

Для создания устойчивых, надежных и прочных земляных сооружений укладываемый грунт необходимо уплотнять. Укладку и уплотнение грунтов выполняют при планировочных работах, возведении различных насыпей, обратных засыпках траншей и пазух котлованов. Уплотняют грунт обычно послойно, по мере его поступления.

Насыпи возводят горизонтальными слоями с последующим уплотнением. Нижние слои могут отсыпаться из плотных глин, а верхние только из дренирующих песчаных грунтов. При возведении всего основания насыпи из водонепроницаемых глинистых грунтов требуется устройство тонких дренирующих прослоек толщиной 10...15 см, но недопустимо производить укладку тех и других слоев вперемешку и наклонными слоями. Отсыпку следует вести от краев насыпи к середине для лучшего уплотнения грунта, ограниченного краевыми участками насыпи. Для отсыпки насыпи не рекомендуется применять супеси, жирные глины, торф, грунты с органическими включениями.

Коэффициент уплотнения грунта 0,95...0,98 является оптимальным и обеспечивает достаточную прочность всего сооружения, при этом возможная со временем осадка грунта будет незначительной. В этой связи оптимальная влажность укладываемого песчаного грунта должна быть в пределах 8... 12%, а глинистых грунтов - 19...23%; такая влажность обеспечивает хороший эффект при уплотнении грунтов. В сухую, жаркую погоду грунты перед уплотнением целесообразно пролить водой.

Различают следующие способы уплотнения грунтов: укатывание, трамбование, вибрация. Для уплотнения связных и малосвязных грунтов (суглинков, супесей) применяется способ укатки. Несвязные грунты (песчаные, гравелистые, галечные) рекомендуется уплотнять трамбованием и вибрацией. Машины для уплотнения грунтов подразделяет на следующие группы: катки статического действия с гладкими, кулачковыми и вибровальцами, с пневматическими шинами; трамбующие машины с вальцами, с падающим грузом, с трамбующими плита-ми, с виброплитами.

На выбор уплотняющих механизмов оказывает влияние степень требуемого уплотнения, свойства грунта, объемы выполняемых работ, сроки и темпы производства работ, погодные условия.

Наибольшее распространение получило уплотнение грунта катками статического действия: гладкими, кулачковыми, катками на пневмошинах. Это обусловлено простотой и надежностью механизмов, высокой производительностью и сравнительно низкой стоимостью. Однако в построечных условиях используют и машины динамического действия - катки с вибрационными механизмами.

На уплотняемость грунта влияют многие факторы: гранулометрический состав, связность, начальная плотность, влажность, толщина укладываемых и уплотняемых слоев, принятые способы уплотнения, характеристики применяемых машин, число проходок уплотняющим механизмом по одному месту.

Процессу уплотнения грунта в планировочной насыпи предшествуют его доставка и разравнивание, которое осуществляют бульдозерами и реже грейдерами. Разравнивание производят горизонтальными слоями при продольном перемещении бульдозера по площадке. Оптимальная толщина слоев укладываемого и разравниваемого грунта в рыхлом состоянии 0,2...0,4 м. Последовательность и число проходок бульдозера устанавливают в зависимости от свойств грунта и ширины насыпи. Разравнивание производят от краев насыпи с перекрытием предыдущей проходки на 0,3...0,4 м.

Уплотнение грунта на насыпи ведут в той же последовательности, что и его отсыпку. Грунт уплотняют путем последовательных круговых проходок катка по всей площади насыпи, причем каждая последующая проходка должна перекрывать предыдущую на 0,2...0,3 м. После завершения цикла укатки грунта на всей насыпи, в такой же последовательности выполняют укатку и в последующих циклах.

Катки гладкие и с ребристыми вальцами уплотняют грунт на глубину до 10 см. Кулачковые катки применяют для уплотнения суглинистых и глинистых грунтов на глубину до 30 см, в песчаных грунтах уплотнение захватывает грунт на глубину 35...50 см. Масса таких катков различна - от 5 до 30 т.

На рис. 5.29 показана схема катка статического действия с пневматическими шинами и рабочим органом с гладкими (рис. 5.29, а) и кулачковыми (рис. 5.29, б) вальцами.

Рис. 5.29. Катки для уплотнения грунта:

а) гладкий каток; б) кулачный каток; в) тандемный шарнирно-сочлененный каток

 

 

Главный параметр грунтоуплотняющих машин - масса вместе с балластом. Основные технологические параметры: ширина полосы уплотнения, толщина уплотняемого слоя. Катки на пневматических шинах выпускают массой вместе с балластом от 10 до 100 т. Самоходные вибрационные катки имеют массу до 8 т. Катками с гладкими вальцами на пневмоколесном ходу можно уплотнять грунты слоями по 0,4 м. Число проходов катков по одному месту при уплотнении связных грунтов колеблется от 8 до 12.

Грунтоуплотняющие машины способны выполнять лишь одну операцию в составе комплексного процесса - послойное уплотнение укладываемого грунта. Для уплотнения грунта в стесненных условиях используют различного рода трамбовки, а также подвешенное к стреле экскаватора оборудование для уплотнения (рис. 5.30).

Окончательное уплотнение насыпей выполняют при 6...8 проходках по одному месту самоходными и прицепными катками с гладкой поверхностью, ребристыми, кулачковыми, в пазухах котлованов и траншей - вибраторами ручными, вибро- и пневмоплощадками на глубину до 40 см.

В последнее время находят применение тандемные шарнирно-сочлененные катки, оснащенные вибрационными вальцами (рис.5.29,в). Особенностью таких механизмов является хорошо сбалансированное распределение массы машины между передним и задним катками, благодаря чему практически исключено появление следов сопряжения на Уплотненном покрытии. Наличие шарнирно-поворотной системы Управления позволяет смещать задний валец до 50 см по отношению к переднему. Низкая амплитуда вибраций в сочетании с оптимальной Массой и значением частоты вибраций в пределах 52...70 Гц делает эти Машины приспособленными к уплотнению тонких слоев смесей с большим содержанием заполнителя. Опасность чрезмерного уплотнения и раздробления заполнителя сводится к минимуму, исключается Риск появления раковин на уплотняемой поверхности. Ширина уплотняемой полосы может достигать 1,7 м, скорость передвижения — 12 км/ч, машины способны преодолевать уклон при работе без вибрации до 50%, при работе с вибрацией - до 30%.

Рис. 5 30. Уплотнение грунта тяжелыми трамбовками:

1 — рабочий механизм; 2 - трамбовка; 3 — отметка дна котлована до вытрамбовывания; 4 — проектная отметка; 5 - уплотненный грунт; б - направление движения механизма; 7 - стоянки крана,' 8 — полоса грунта, уплотненная с одной стоянки

5.8.2. Вытрамбовывание грунта

Метод применяют при просадочных грунтах, грунтах с малой плотностью и прочностными характеристиками. К таким грунтам относят глинистые и песчаные, в том числе водонасыщенные. Вытрамбовывание осуществляется путем передачи на грунт ударной нагрузки, путем сбрасывания на него с высоты 3...8 м трамбовки массой 2... 10 т. В результате вытрамбовывания в зоне котлована и Вокруг него образуется уплотненная зона грунта, в пределах которой ликвидируются про-садочные свойства грунта, повышаются его плотность и прочностны характеристики (рис. 5.31).

Трамбование грунта в пределах заданной зоны приводит к образованию котлована необходимой глубины, на уплотненный грунт появляется возможность передачи значительных вертикальных и горизонтальных нагрузок. Несущую способность уплотняемого грунта можно повысить путем втрамбовывания в него на заключительной стадии работ жесткого материала - щебня, песчано-гравийной смеси, крупного песка и т. д.

Рис. S.31. Вытрамбовывание грунта:

а - виды пространственной формы котлованов при применении прямоугольного, призматического и конусного штампа; б — технологическая последовательность (/, П, Ш) устройства котлована с уширенным основанием; 1 - котлован; 2 — уплотненная зона; 3 - уширенное основание; 4 — трамбовка; 5 - каретка; 6 - направляющая штанга; 7 - малоуплотняемый материал; 8 - клин-молот

В зависимости от формы трамбовки или штампа можно получать вытрамбованные выемки различной конфигурации. В плане трамбовки могут иметь форму квадрата, прямоугольника, шестиугольника или круга - ширина понизу 0,4...1,4 м, поверху 0,7...2,0 м. Высота трамбовки обычно 1 ...3,5 м с конусностью боковых стенок от 1: 20 до 1: 5, масса 2... 10 т.

Основной эффект при вытрамбовывании оказывают масса трамбовки, высота ее сбрасывания и в итоге энергия удара трамбовки по поверхности грунта. Применение этого метода наиболее эффективно в просадочных грунтах. В последние годы область применения метода расширяется на глинистые и песчаные грунты, в том числе водонасы-Щенные. Для вытрамбовывания используют краны-экскаваторы, автокраны, тракторы с навесным оборудованием.

При определенных условиях метод вытрамбовывания по сравнению с традиционными методами разработки грунта позволяет в 3...5 раз сократить объем работ, снизить стоимость работ в 1,5...3 раза и трудоемкость в 1,8...2,5 раза.