Способы уплотнения грунтов

Метод уплотнения трамбованием основан на передаче грунту ударных нагрузок. В отличие от вибрационного и вибротрамбующего он характеризуется высокой энергией удара при достаточной скорости приложения нагрузки и большой массе рабочего органа, благодаря чему обеспечивается уплотнение связных и несвязных грунтов слоями значительной толщины.

Уплотнение трамбованием осуществляется в результате удара свободнопадающих с определенной высоты рабочих органов в виде плит или грузов. В момент соприкосновения с грунтом начинается удар, при котором за короткий промежуток времени скорость трамбовки изменяется до нуля, вследствие чего развиваются больше напряжения на поверхности контакта. В процессе удара большая часть кинетической энергии рабочего органа расходуется на повышение давления уплотняющей плиты на грунт с последующим быстрым его спадом. Эффект уплотнения определяется величиной необратимой деформации и распределением ее по толщине. Деформация в первую очередь зависит от развивающихся в грунтах напряжений. При этом особенно большое значение имеют вертикальные, т.е. сжимающие составляющие этих напряжений.

Влияние на деформацию оказывает также и время их действия. При трамбовании, также как и при других видах механического уплотнения, развивавшиеся напряжения не должны превышать пределы прочности грунта.

По этому принципу работают трамбовочные плиты, подвешиваемые на экскаваторах или тракторах, прицепные катки с падающими грузами, специальные прицепные и самоходные трамбующие машины и дизель трамбовки.

Метод уплотнения грунта трамбованием нашел наиболее широкое применение в промышленном строительстве при устройстве грунтовых подушек под основание фундаментов зданий и сооружений, технологического оборудования.

Следует отметить, что при укатке и трамбования максимальные контактные давления, создаваемые рабочими органами, примерно равны и находятся в пределах 0,5-1,2 МПа. В то же время скорость изменения напряженного состояния грунта в непосредственной близости от поверхности различна. Так, для укатки она составляет 0,5-6,0 МПа/с, а для трамбования - 10,0-800 МПа/с. Общее время действия нагрузки при укатке (0,04-0,4 с) на порядок больше, чем при трамбовании (0,005-0,030 с). Это обусловливает особенности уплотнения грунта трамбованием.

Комбинированный метод уплотнения основан на использовании различного сочетания воздействия на грунт статических, вибрационных, вибротрамбующих и трамбующих нагрузок. Этот метод позволяет уплотнять все виды грунтов и применяется, главным образом, при широком фронте работ.

Процесс работы рассматриваемых в данной монографии устройств (гидро- и пневмомолотов) можно отнести к комбинированному методу уплотнения. В чистом виде здесь нет ни вибрационного, ни вибротрамбующего, ни трамбующего воздействия на грунт.

Передача энергии ударника молота грунту осуществляется через уплотняющую плату, которая постоянно прижимается к последнему с определенным усилием.

Время и частота ударов

Частота ударов значительно ниже, чем при вибрационном и вибротрамбующем уплотнении, и значительно больше, чем при трамбовании. Вследствие постоянного прижима плиты к уплотняемому материалу не происходят отрыва штампа от грунта. Вес уплотняющей плиты небольшой по сравнению с плитами, применяемыми при трамбовании. Время удара также значительно отличается по величине от времени удара при трамбовании. Все это обусловливает особый процесс трамбования грунта рассматриваемыми механизмами, который требует специального изучения.

Следует отметить, что применение механизмов данного типа позволяет уплотнять грунт ниже точки стояния базовой машины с высокой точностью установки штампа на уплотняемый объект. Конструкция гидро- и пневмомолотов позволяет осуществлять их работу не только в вертикальном, но и в наклонном положениях, что обеспечивает уплотнение откосов. Наличие жесткой связи базовой машины с уплотняющим органом позволяет работать в стесненных условиях.

Отметим, что начальные плотности грунтов, с которых начинается их уплотнение специальными машинами, влияют на производительность, определяют проходимость этих машин, а часто и возможность их работы. Так, например, взрывные трамбовки и дизельтрамбующие машины не могут работать на рыхлых грунтах. Процесс уплотнения грунта рассматриваемыми ударными устройствами не зависит от его плотности. И, наконец, пневмо- и гидромолоты являются универсальными машинами, с помощью которых можно выполнять самые различные работы - рыхлить мерзлые грунты, скальные породы, забивать сваи и шпунт и т.д. Для этого необходимо только сменить рабочий орган. Данные механизмы сравнительно новы, поэтому процесс уплотнения грунта шли не рассматривался. Необходимо выявить закономерность уплотнения грунта гидро- и пневмомолотами и теоретически обосновать ряд интересующих параметров.