Методы уплотнения грунтов

В практике дорожного и промышленного строительства уплотняются грунты, которые имеют различные физико-механические свойства. В процессе строительства уплотнение грунтов ведется в самых разнообразных условиях - на больших площадях, в насыпях, на откосах, в траншеях, котлованах и т.п. Насыпные грунты всегда уплотняются послойно, причем толщина слоев зависит не только от типа применяемого средства уплотнения, но и от машин, которыми отсыпают грунт, от организации работ. Все это обусловливает разные требования к машинам для уплотнения грунтов.

В настоящее время парк машин для уплотнения грунтов состоит из разнообразных типов, которые отличаются друг от друга не только конструкцией, но и принципом работы. Вместе с тем, некоторые из этих машин, обладая универсальностью в отношении возможности уплотнения связных и несвязных грунтов, простотой конструкции, позволяют одновременно получить высокую производительность и сравнительно низкую стоимость работ.

Методы механического уплотнения грунтов характеризуются принципом воздействия грунтоуплотняющих машин на уплотняемый грунт. Существует пять основных методов механического уплотнения грунтов: укатка, вибрирование, вибротрамбование, трамбование и комбинированное воздействие.

Уплотнение укаткой происходит в результате давления, создаваемого вальцами или колесами, перекатывающийся по поверхности грунта. Под действием силы тяжести вальца (колеса) слой материала приобретает остаточную деформация. Эта деформация по мере увеличения плотности уменьшается и к концу укатки будет приближаться к нулю. Дальнейшее увеличение плотности материала может быть достигнуто лишь увеличением нагрузки на валец. По этому принципу работают катки различных видов: гладкие, кулачковые, на пневматических шинах. Катки, составляющие эту группу, относятся к машинам статического действия.

Метод укатки не нашел применения для уплотнения грунтов обратных засыпок в стесненных условиях строительства по той причине, что катки, работающие по этому методу, обладают малой маневренностью и большими габаритами.

Метод уплотнения грунта вибрированием основан на передаче механических гармонических колебаний от рабочих органов (вальца, колеса, плиты) на уплотняемый грунт. При этом вибрирующий элемент находится либо на поверхности уплотняемого слоя (поверхностные вибраторы), либо внутри него (глубинные вибраторы). Специальным механизмом он приводится в состояние колебательного движения. Часть кинетической энергии расходуется на колебание грунта, которое вызывает относительное смещение его частиц, чем достигается более плотная их "упаковка". При вибрировании не происходит отрыва рабочего органа от уплотняемой поверхности или он незначителен.

Вибрационный метод применим для уплотнения малосзязных материалов. Он весьма эффективен при уплотнении цементобетонных смесей, в состав которых входят отличающиеся по крупности и массе частицы щебня и песка. Под воздействием высокочастотных колебаний в смеси возникает явление тиксотропии - разжижение смеси. Процесс тиксотропии является обратимым, поэтому после прекращения колебаний разжиженные массы (золи) переходят в более устойчивые образования - гели, свободной воды практически не остается и смесь приобретает свойства монолита.

Заметим, что при вибрировании на частицы уплотняемого материала действуют инерционные силы, пропорциональные их массам. Относительное перемещение частиц наступит тем скорее, чем больше разница в массах и слабее силы связи между ними. Поэтому вибрирование применимо к несвязным и малосвязным грунтам. Связные грунты, между частицами которых имеют место значительные силы связей, могут быть уплотнены вибрированием лишь после разрушения этих связей, что при обычном оборудовании практически невозможно.

Поверхностный вибрационный метод нашел применение при уплотнении несвязных и малосвязных грунтов обратных засыпок. Глубинный вибрационный метод можно эффективно использовать при уплотнении песчаных грунтов, особенно находящихся в водонасыщенном состоянии.

Если возмущающая сила вибрирующих элементов превысит определенный предел, то произойдет их отрыв от поверхности грунта, что приведет к ударам рабочего органа о грунт. В этом случае вибрирование перейдет в вибротрамбование. От трамбования этот процесс отличается высокой частотой ударов. Несмотря на малую высоту падения вибрирующей массы, при высоких скоростях движения, энергия удара может быть значительной.