Механизация уплотнения грунтов
Министерство образования и науки России
Учреждение
высшего профессионального
Реферат
по дисциплине «Механизация дорожных технологий»
Вариант №19
на тему: Механизация уплотнения грунтов
Выполнил: студент группы АДБ – 12ZD1 Некрасов В.А. шифр АДБ-12-229 проверила: Александрова Н.П. |
Содержание
Введение …………………………………………………………………… |
3 | |
1 |
Технологический процесс уплотнения грунтов …………………… |
5 |
2 |
Машины и оборудование для уплотнения грунтов ……………….. |
15 |
3 |
Контроль качества уплотнения грунта ……………………………. |
17 |
Заключение …………………………………………………………..….... |
20 | |
Список использованной литературы …………………………………... |
21 | |
Введение
Из многих факторов, влияющих на технологию производства и стоимость земляных работ, основными являются физические и механические свойства грунтов. Грунтами в строительстве называют горные породы и почвы, представляющие собой сложное тело, состоящее из минеральных частиц и органических примесей. Грунтовый скелет состоит из песчаных, пылеватых и глинистых частиц, содержание которых, выраженное в процентах, характеризует состав и свойства грунта. Скальные грунты состоят из каменных горных пород различной крепости и пористости.
К основным физическим свойствам грунтов относятся: удельная и объемная масса, плотность (степень заполнения объема грунта твердым веществом), влажность, влагоемкость (водопоглощаемость), пористость, угол естественного откоса, водопроницаемость н угол внутреннего трения.
Основными механическими свойствами грунтов являются: прочность, твердость (сопротивление прониканию твердого тела), пластичность (способность грунта под действием внешних сил изменять свои размеры и форму без образования трещин), размываемость (способность оказывать сопротивление разрушающему действию воды) и разрыхляемость.
Наибольшее
влияние на выбор методов производства
работ, устойчивость земляных сооружений
оказывает прочность и
Нормы уплотнения
грунтов для различных сооружен
Устойчивость грунта, часто определяет безопасность работы землеройных машин в, отношении оползней.
1 Технологический процесс уплотнения грунтов
Важнейшим технологическим процессом при строительстве земляного полотна является уплотнение, которое обеспечивает требуемую прочность и устойчивость грунтов. От качества работ по уплотнению зависят фактические значения модуля упругости, угла внутреннего трения и сцепления, и, следовательно, способность конструкции дорожной одежды сохранять прочность в течение заданного срока службы.
В грунтах, обладающих низкой плотностью, при воздействии транспортных нагрузок накапливаются остаточные деформации. Недостаточно уплотненные грунты отличаются неоднородностью, меньшей плотностью, имеют просадки, что приводит к нарушению ровности проезжей части дорог. С увеличением плотности грунта снижается его водопроницаемость. Чем плотнее грунт, тем меньше диапазон изменения влажности грунта под воздействием атмосферных явлений и соответственно меньше вероятность морозного пучения.
Обследования и диагностика автомобильных дорог показывают, что одной из причин преждевременных повреждений является недостаточная плотность грунта земляного полотна. Это относится ко всем участкам дорог, расположенным на земляном полотне и в насыпях и в выемках. По этим причинам уплотнению подлежат как насыпные грунты, так и основания насыпей и поверхностные слои грунтовых оснований в выемках. Уплотнение земляного полотна является обязательным, и это требование зафиксировано действующими строительными нормами и правилами и технологическими регламентами по строительству земляного полотна автомобильных дорог [1, 2, 3].
Уплотнение грунтов окупается экономией, достигаемой за счет уменьшения толщины дорожной одежды, уменьшения затрат на ремонт автомобильной дороги и снижения транспортных расходов.
Принципиальный подход к определению требуемой плотности грунта состоит в том, чтобы в результате уплотнения плотность стала такой, при которой не будет происходить накопления остаточных деформаций земляного полотна от действующих повторных расчетных нагрузок и изменений влажности грунта. Увеличение плотности грунта до требуемых значений обеспечивает стабильность основных параметров прочности грунта, делает их мало изменяющимися под влиянием сезонных колебаний температуры и влажности.
На основе элементарного
представления о грунте как о
трехфазной системе, без учета его
структурных особенностей, применяют
следующее выражение для
где δ - плотность скелета грунта, г/см3;
Y - плотность минеральных частиц, г/см3;
W - массовая доля влажности грунта, %;
V - объем воздуха, %;
1 - единичный объем грунта (1 см3).
Отсюда плотность грунта:
Значение Y изменяется в узких пределах: для супесчаных грунтов Y = 2,65-2,55 г/см3, для глинистых и пылеватых супесчаных грунтов Y = 2,68; для тяжелых суглинистых и тяжелых глинистых Y = 2,7; для суглинистых Y = 2,6. Наибольшая плотность соответствует пористости грунта в диапазоне 4-6 % (6 % для песчаных и супесчаных грунтов, 5 % для пылеватых супесчаных, суглинистых и глинистых и 4 % - для тяжелых суглинистых и пылеватых глин).
Процесс уплотнения состоит в вытеснении воздуха из пор грунтов, отжатия воды и уменьшения толщины водных пленок, что достигается механическим воздействием уплотняющих машин. Отжатие воды из грунта происходит медленно и не играет заметной роли в уплотнении из-за малого времени воздействия нагрузок при уплотнении машинами. Поэтому в процессе уплотнения при фактической влажности происходит главным образом удаление воздуха.
Для получения наиболее плотной структуры необходимо, чтобы влажность грунта была такой, при которой объем защемленного воздуха находится в указанных выше пределах: 4-6 %. При этом образуются наиболее прочные гидратные оболочки, обеспечивающие минимальную фильтрацию и наименьшее разбухание грунта, а следовательно, и наивысший возможный модуль упругости. Если влажность грунта ниже, то есть объем пор, занятый воздухом, выше указанной величины, не создается устойчивой структуры и при увлажнении грунт легко разбухает и тем больше, чем выше влажность. При недостаточной плотности, наоборот, доуплотняется и дает осадку. Модуль упругости в обоих случаях падает. При повышении влажности грунта в процессе уплотнения часть пор заполняется водой, вытесняющей воздух. Структура грунта становится неустойчивой, особенно при ударном уплотнении, а модуль упругости уменьшается.
Принято считать,
что для каждого грунта существуют
оптимальные влажность и
Экспериментально
оптимальную влажность
В южных районах, где естественная влажность ниже, следует предварительно увлажнять грунт или увеличивать работу по уплотнению для достижения требуемой плотности.
Ориентировочные значения влажности, %, для наиболее распространенных грунтов приведены ниже:
пески мелкие и пылеватые 8-13
супеси легкие и тяжелые 9-15
суглинки легкие 12-18
тяжелые и тяжелые пылеватые суглинки 14-20
пылеватые и тяжелые пылеватые супеси, легкие пылеватые суглинки 15-22
глины пылеватые и песчанистые 16-26
глины жирные 20-30
Содержание
воздуха при стандартной
Требования
к уплотнению грунта и назначение
необходимой плотности
Pиc. 1. 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:
δтр = δст×Кукл
где δтр - требуемая плотность, г/см3;
δст - максимальная плотность по прибору стандартного уплотнения, г/см3;
Кукл - 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.
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. 1 приведены сводные данные по условиям применения различных способов уплотнения.
Таблица 1 – Сводные данные по условиям применения различных способов уплотнения
Тип машин |
Уплотняемый грунт и условия работы |
Применение в зимнее время |
Применение в узких местах |
Толщина слоя, см |
Производитель-ность, м3/час |
Катки прицепные решетчатые
|
Рыхлые связные и несвязные в зимнее время, гравелистые и крупнообломочные при линейных работах |
Целесообразно |
Невозможно |
25-35 |
100-200 |
Виброплиты самоходные тяжелые
|
Несвязные гравелистые при линейных работах (тяжелые плиты) и несвязные в «узких» местах (легкие плиты) |
Нецелесообразно |
Возможно |
35-40 |
20-50 |
Вибрационные прицепные катки |
Несвязные, в том числе гравелистые при линейных работах |
Нецелесообразно |
Невозможно |
30-40 |
200-300 |
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
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
число ударов для трамбующих машин
где Ауд - удельная работа машин для уплотнения связных грунтов при Купл = 0,95 - 0,20 Дж/см3; при Купл = 0,98 - 0,40 Дж/см3; при Купл = 1 - 0,60 Дж/см3; для несвязных грунтов значения Ауд уменьшают в 1,5 раза;
Но - толщина уплотняемого слоя в плотном теле, см;
q - линейное давление катка, Н/см;
qо - 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
где l - длина кулачка, см;
b - минимальный размер опорной части поверхности кулачка, см;
hp - 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.
Таблица 2 - Отклонение от оптимальной влажности в зависимости от коэффициента уплотнения
Тип грунта
|
Отклонение от оптимальной влажности Wo при Купл | |
0,98 |
0,95 | |
Пески пылеватые, супеси легкие, крупные |
0,8-1,35 |
0,75-1,6 |
Супеси легкие и пылеватые |
0,8-1,25 |
0,75-1,35 |
Супеси тяжелые пылеватые, суглинки легкие и легкие пылеватые |
0,85-1,15 |
0,8-1,3 |
Суглинки тяжелые и тяжелые пылеватые |
0,9-1,09 |
0,85-1,2 |
2 Машины и оборудование для уплотнения грунтов
За последние 15-20 лет в технологии уплотнения грунтов произошли кардинальные изменения, вызванные насущным желанием производителей работ интенсифицировать этот процесс. Ушли в прошлое статические гладковальцовые и кулачковые как самоходные, так и прицепные катки, а также прицепные пневмоколесные катки, которые сегодня выпускает только республика Беларусь. Сегодня для уплотнения грунтов в основном применяют вибрационные самоходные одновальцовые катки (рис. 2) и реже вибрационные прицепные одновальцовые катки, которые требуют разворота в обоих концах участка уплотнения.
Рис. 2. Каток вибрационный одновальцовый самоходный
В основном применяют гладковальцовые вибрационные катки и только для уплотнения связных грунтов (тяжелых суглинков и глин) применяют кулачковые вибрационные катки. Как правило, кулачковые катки - это те же гладковальцовые катки, на которые устанавливается дополнительный кольцевой бандаж с кулачками. Изменилась форма и размер кулачков. Раньше кулачки были высокие (до 40 см) и узкие с целью увеличения удельного давления. Сегодня кулачки на виброкатках невысокие (до 20 см) и широкие. Первое время после их появления они носили название «бобышки». Очень редко используют при уплотнении грунтов решетчатые прицепные статические и вибрационные катки, которые внешне напоминают гладковальцовые, но с обечайкой вальца, выполненной из металлической решетки, изготовленной из круглых прутков диаметром 30-50 мм. Благодаря высоким нагрузкам, передаваемым решеткой на грунт, такие катки производительны на связных грунтах и грунтах с каменными включениями.
Для уплотнения грунтов в узких местах: в траншеях, у труб, на подходах к мостам и путепроводам, а также у бровки земляного полотна используют реверсивные виброплиты (рис. 3).
Рис. 3. Виброплита реверсивная
Вибрационные самоходные одновальцовые катки различаются по мощности двигателя, ширине и диаметру вальца, линейной нагрузке и массе. Частоты (25-40 Гц) и амплитуды (0,6-2,0 мм) очень близки.
Основной производитель катков для уплотнения грунтов в России: ЗАО «Раскат». Основные производители катков для уплотнения грунтов в мире: Bomag (Германия), Hamm (Германия), Vibromax (Германия), Caterpillar (США), Ingersoll-Rand (США), Metso Minerals (Dynapac) Швеция и многие другие фирмы.
Техническая производительность прицепных вибрационных катков меньше производительности самоходных катков на 20-25 % соответственно при длине участка уплотнения 20-100 м при массе прицепных катков, равной половине массы самоходных катков.
3 Контроль качества уплотнения грунта
Степень уплотнения грунта назначается проектом на основании исследования грунта методом стандартного уплотнения, при котором устанавливаются его максимальная плотность и оптимальная влажность.
Работы по уплотнению грунта ведутся на участках (технологических захватках) таким образом, чтобы обеспечить требуемый темп работ строительства земляного полотна. При этом рекомендуются следующие размеры участков: для кулачковых катков — 250-300 м; для катков на пневматических шинах — 200 м; для виброкатков — 200-250 м; для трамбующих машин — не менее 50 м.
При увеличении
длины участка
Ширина насыпи должна обеспечивать безопасное ведение работ уплотняющими средствами. При этом машина должна находиться от бровки насыпи на расстоянии, предотвращающем ее сползание под откос.
Для достижения требуемой плотности грунтов необходимо на протяжении всего процесса уплотнения выполнять условие (8.34).
Кроме того, необходимо соблюдать следующие правила:
уплотнять грунт сразу после его укладки и разравнивания;
не уплотнять грунт при дожде;
для эффективного уплотнения грунт распределять слоями равной толщины;
для уменьшения избыточной влажности следует перед уплотнением подсушивать грунт путем его разрыхления на глубину уплотняемого слоя.
Уплотнение производится проходками уплотняющих машин вдоль насыпи и смещением от бровок к ее середине во избежание сдвигов грунта к краям насыпи. Каждый последующий проход или удар уплотняющей машины во избежание пропусков в уплотнении должен перекрывать след от предыдущего прохода на 0,15-0,20 м. Наименьшее расстояние прохождения уплотняющих машин от бровки насыпи должно составлять 0,5 м.
При устройстве земляного полотна постоянно контролируют соответствие производимых работ проекту и требованиям технических условий, степень уплотнения и влажность грунта.
Непосредственный контроль за плотностью и влажностью грунта, уложенного в насыпь, возлагается на полевую лабораторию.
Контроль качества уплотнения ведут следующими методами: стандартного уплотнения, режущими кольцами, зондированием, вдавливанием штампа, радиоизотопным, парафинированием, методом лунок и т. д. Выбор того или иного метода зависит от оснащенности лаборатории оборудованием и вида грунта, из которого сооружена насыпь.
Методом стандартного уплотнения определяют оптимальную влажность и максимальную стандартную плотность с помощью прибора ДорНИИ.
Метод режущих
колец при определении
Метод статического и динамического зондирования как один из видов контроля степени уплотнения грунтов в насыпях является наиболее оперативным и простым из всех существующих методов контроля.
Метод лунок используют при отсыпке насыпей из щебенистых крупнообломочных грунтов или из грунта с мерзлыми комьями.
Радиоизотопные методы осуществляются с помощью приборов, в которых используется поглощение и рассеивание гамма-излучения и нейтронов.
Дорожные лаборатории должны выдавать рекомендации по рациональному режиму работы машин, порядку укладки в насыпь грунтов из различных слоев резервов в зависимости от гранулометрического состава. Кроме того, они должны устанавливать допустимую толщины уплотняемого слоя и число проходов (ударов) машин по одному следу.
Заключение
Грунты уплотняют для увеличения их несущей способности. К механическим способам уплотнения грунтов относятся укатка, трамбование, вибрирование и комбинированный способ. При выборе метода уплотнения грунтов и типа грунтоуплотняющих машин следует учитывать свойства грунта (гранулометрический состав, влажность, степень однородности, требуемую плотность), а также объем работ, время года, особенности выполнения подготовительных и вспомогательных работ и другие факторы. Работы по уплотнению грунтов ведутся при их влажности, близкой к оптимальной, т. е. при которой достигается наибольший эффект уплотнения.
Величина оптимальной влажности принимается:
для песка мелкого и средней крупности—10—15%; для песка пылеватого— 14—23%; для супесей— 9—15%; для суглинков — на 1% и для глин— на 2% ниже влажности на границе раскатывания.
Увлажнение
грунта и доведение его влажности
до оптимальной производится поливочной
машиной или из шлангов. При этом
перед укладкой первого слоя должно
производиться разрыхление
Несвязные и малосвязные грунты увлажняются в отсыпном слое незадолго до уплотнения.
Поверхность земляного сооружения следует разделять на участки, на каждом из которых последовательно укладывают, разравнивают, увлажняют и уплотняют грунт. Все участки с одинаковыми условиями работы должны быть равновеликими по площади.
Список использованной литературы
1. Руководство по сооружению земляного полотна автомобильных дорог/Минтрансстрой СССР, Союздорнии. - М.: Транспорт, 1982. - 160 с.
2. СНиП 2.05.02-85. Автомобильные дороги. Нормы проектирования/Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 56 с.
3. СНиП 3.06.03-85. Автомобильные дороги/Госстрой России: Взамен СНиП III-40-78; Введ. 01.01.86. - М.: ГУП ЦПП, 2001. - 112 с.

- Механизация хлебопекарной промышленности
- Механизация штукатурных работ
- Механиз государства
- Механизированная поточная линия производства пряников
- Механизированная разработка грунта
- Механизированная шлифовка древесины
- Механизированные крепи
- Механизация поточно-технологических линий в овцеводстве
- Механизация производственных процессов в прудовом рыбоводстве
- Механизация работ при выращивании страусов
- Механизация раздачи кормов
- Механизация сборочных процессов
- Механизация спуско-подъемных операций
- Механизация транспортирования и раздачи кормов