Уплотняющую машину выбирают по трем признакам:
— пределу прочности уплотняемого грунта;
— толщине уплотняемого слоя;
— длине гона, которая зависит от длины и ширины карты укладки грунта.
Для уплотнение грунта используют машины:
— статического действия ( гладкие, кулачковые, пневмошинные и решетчатые катки);
— динамического действия (трамбующие плиты);
— вибрационного действия.
Наиболее часто грунт уплотняют машинами статического действия — катками: гладкими, кулачковыми, пневмошинными, решетчатыми.
Их применение обусловлено простотой, надежностью, высокой производительностью и сравнительно низкой стоимостью.
Уплотнение откосов дамбы экскаватором
Основные показатели уплотняющих машин следующие:
-толщина уплотняемого слоя;
-равномерность уплотнения по толщине слоя;
-необходимое число проходов по одному мест
При выборе типа катка необходимо учитывать характер взаимодействия его рабочего органа с грунтом (рис.2).
Рисунок.2 Схемы взаимодействия рабочих органов грунтоуплотняющих машин с грунтом
а — валец с гладкого катка; б — пневмошинный каток; в — кулачковый каток; г — трамбовка.
Катки с гладкими вальцами неравномерно передают нагрузку и неравномерно уплотняют грунт в пределах уплотняемого слоя Но (рис.2а).
Максимальные напряжения в грунте под гладким вальцом после каждого прохода увеличиваются в связи с уменьшением площади контакта вальца с грунтом. Среднее давление (МПа) в общем, виде.
где: Q — сила тяжести катка, кН;
вп — горизонтальная проекция опорной поверхности, см;
В — ширина катка (длина образующей цилиндра, см).
Так как среднее давление величина переменная, то характеристику катка принято выражать силой тяжести, отнесенной к ширине катка В (кН/см).
Чем больше число проходов катка, тем ближе значение среднего удельного давления к значению qП (среднее линейное давление).
Максимальное давление можно приближенно определить по формуле:
где: qП — линейное давление (отнесенное к ширине катка), кН/см;
R — радиус катка, см (рис.2а);
Ео — модуль деформации грунта, Мпа;
При оптимальной влажности грунта в конце процесса уплотнения можно принимать следующие значения модуля деформации:
— для связных грунтов — 20 МПа;
— для несвязных — 10 — 15 МПа.
При использовании кулачковых катков в уплотняемом слое можно выделить три зоны (рис. 2в) h3 — ниже опорной поверхности кулачка, где грунт интенсивно уплотняется вертикальной нагрузкой; h2 — где грунт уплотняется за счет сдвига его в боковом направлении в результате внедрения в него кулачка; h1 — в которой грунт разрыхляется при выглублении кулачка.
Применение кулачковых катков на несвязных грунтах малоэффективно из — за плохой уплотняемости и податливости разрушению при вдавливании кулачка.
Наиболее давление, передаваемое кулачковым катком на грунт:
где: Q — сила тяжести катка, кН;
m — число рядов кулачков по ширине катка;
f — опорная поверхность торца одного кулачка.
Нагрузка на один кулачок должна быть разрушающей для данного грунта, но не такой, чтобы кулачок вдавливался в грунт на всю высоту.
При использовании для уплотнения грунта пневмошинных катков деформируется не только грунт, но и сама шина что приводит к относительно равномерному распределению напряжений в грунте (рис.2д). Давление на грунт при этом определяется по формуле:
где: Р — давление в шине, МПа;
– статический коэффициент жесткости покрышки;
Оптимальная толщина слоя уплотнения:
для гладких катков:
для пневмошинных катков:
для кулачковых катков:
где: R — радиус катка, см;
qп — линейное давление( отнесенное к ширине катка), кН/см;
— влажность уплотняемого грунта, %;
— оптимальная влажность грунта, %;
Q1 — сила тяжести, приходящая на одного колесо пневмошинного катка, кН;
L — длина кулачка, см;
h1 — толщина верхнего разрыхленного слоя после прохода кулачкового катка, см;
b — толщина кулачка, см;
А — экспериментальный коэффициент:
— для гладких катков на сыпучих грунтах — 0,4;
— для гладких катков на связных грунтах — 0,3;
— для пневмошинных катков на любых грунтах — 0,3.
Схемы движения катков должны быть увязаны с размерами поперечного сечения возводимых насыпей. При небольшой ширине насыпей (а < 2 Rпов.) разворот на них невозможен и осуществляется за пределами насыпей. От края насыпи катки проходят не ближе 0,5 м , что приводит к образованию неуплотненной зоны («бахромы»). Неуплотненный грунт с откосов обычно срезают, направляя его в насыпи.