Машины для уплотнения грунтов

Содержание

Введение                                                                       2 стр                                             Машины для уплотнения грунтов                              3 стр                                                            Катки                                                                             7 стр 
Трамбующие машины с падающими плитами        14 стр                                Виброплиты                                                                 16 стр 
Заключение                                                                             18 стр                                Литература                                                                   19 стр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Одна  из важнейших операций на строительстве  любого земляного сооружения — уплотнение. От качества производства этой операции зависят не только прочность, устойчивость, водонепроницаемость сооружения, но и ровность покрытия, срок его службы и безопасность движения.

Недоуплотнение ведет к многочисленным повреждениям инженерных сооружений и дорожных покрытий на новых дорогах, а следовательно, к непроизводительным затратам людских, материальных и энергетических ресурсов. Вместе с тем уплотнение является сравнительно недорогим процессом. Так, затраты на его осуществление составляют всего 0,7—1,0% общей стоимости строительства.

Цель  уплотнения — получение плотной  и прочной структуры грунта, способной  в дальнейшем противостоять внешним  воздействиям, которые будут иметь  место во время службы инженерных сооружений.

Работа  всех машин для уплотнения связана  с приложением к поверхности  грунтового слоя циклических нагрузок. Под последними понимаются следующие друг за другом процессы нагрузки и разгрузки грунтов. В результате внешних силовых воздействий в уплотняемом материале накапливаются необратимые (остаточные) деформации, способствующие повышению его плотности.

 

 

 

 

 

Машины для уплотнения грунтов

По принципу действия на грунт различают машины статического (укатка) и динамического (трамбование и вибрация) действия (рис. 8.34). Применяют также комбинированные методы уплотнения: виброукатку, вибротрамбование и сочетание укатки с трамбованием (рис. 8.35).

Рабочими  органами машин служат вальцы или  колеса, которые перекатываются по грунтовой поверхности. Под действием  силы тяжести машин в местах контактов  рабочих органов с грунтом  возникают давления, вызывающие внутренние напряжения и деформации уплотняемого мате риала. Интенсивность образования  необратимых деформаций определяет эффективность работы уплотняющих  средств.

Рис. 8.34. Методы уплотнения фунтов: 
а — укатка; б — трамбование; в — вибрирование; V — направление перемещения рабочего органа; G — рабочий вес; т — рабочая масса; Я — высота подъема плиты; h — величина остаточной деформации уплотняемой среды; со — угловая скорость вращения дебаланса;

 К машинам статического действия, уплотняющим грунты, относятся кулачковые, решетчатые и пневмоколесные катки.

 

 

Рис. 8.35. Классификация средств механизации  для уплотнения грунтов

Трамбующие  машины основаны на ударном действии их рабочих органов. Последние в  момент их контакта с грунтовой поверхностью обладают определенным количеством  движений. В процессе удара за очень  короткий промежуток времени большая  часть кинетической энергии рабочего органа переходит в другие виды энергии. Процесс сопровождается весьма быстрым  повышением давления на поверхности  контакта и последующим быстрым  его спадом.

В отличие  от катков эффект уплотнения определяется не только массой рабочего органа, но и  скоростью в момент удара и  частотой приложения уплотняющих воздействий.

Уплотнение  грунта трамбованием может осуществляться механическим трамбованием (пневматическими и электрическими трамбовками, а также трамбовками с бензиновым двигателем и взрывного действия); машинами с падающими плитами; навесными плитами на экскаваторах и кранах.   

Рабочие органы вибрационных машин, совершая колебательные  движения, вводят в состояние колебаний  уплотняемые объемы грунта. Ввиду  того что массы частиц неодинаковы, возникают различные силы их инерции. В результате разности сил инерции  в местах контактов частиц появляются напряжения сдвига. До известных пределов эти напряжения уравновешиваются силами сцепления. После превышения этих пределов возникают взаимоперемещения частиц, приводящие к уплотнению грунта. Напряжения сдвига пропорциональны инерционным силам, поэтому их величина зависит также и от ускорений, которые развиваются от колебательных движений.

Относительное перемещение частиц наступает тем  скорее, чем больше различие в массах частиц и чем меньше силы связи, поэтому  успешному виброуплотнению поддаются несвязные и малосвязные грунты. На эффект уплотнения оказывает большое влияние тиксотропия грунтов, появляющаяся при вибрировании.

Совершая  колебательные движения, частицы  фунта, находясь под действием силы тяжести, стремятся занять положение, соответствующее их наименьшему  потенциалу, т. е. перемещаются вниз.

Наибольший  эффект уплотнения достигается, когда  наступает резонанс вынужденных  колебаний и собственных колебаний  грунта.

К машинам, уплотняющим грунты под воздействием возмущающей силы вибровозбудителя, относят прицепные и самоходные вибрационные катки и плиты.

Эффективность использования уплотняющих средств  определяется их производительностью, интенсивностью накопления остаточных деформаций в уплотняемом фунте  и энергоемкостью процесса. Ее значения зависят от правильности выбора метода уплотнения, типа машин и режимов  их работы.

Грунты, разработанные землеройными и землеройно-транспортными машинами, при укладке в насыпи земляных сооружений не обладают достаточной  несущей способностью, имеют повышенную фильтрационную способность и характеризуются  большой объемной сжимаемостью. Для устранения указанных недостатков грунты искусственно уплотняют до требуемого состояния, характеризуемого коэффициентом уплотнения k значение которого устанавливается строительными нормами в зависимости от вида сооружения и климатических зон.  
k = Yc / Ycmax  
Yc, Ycmax - плотность сухого грунта, максимальная стандартная плотность грунта при оптимальной влажности соответственно:  
k от 0,95 до 0,98 - для дорог с усовершенствованным покрытием; k от 0,90 до 0,95 - для дорог с покрытием переходного типа; k от 0,97 до 1,00 - для гидротехнических земляных сооружений; k от 0,80 до 0,90 - для насыпей железных дорог; k от 0,98 до 1,02 - для аэродромов.  
В современном строительстве сооружений из отсыпанного грунта применяют следующие способы его уплотнения:  
укатка (катки статического действия с гладкими, кулачковыми, решетчатыми вальцами и катки на пневмошинах);  
трамбование (трамбующие машины и трамбующие плиты на базе экскаваторов);  
вибрационное уплотнение (прицепные и самоходные виброкатки, виброплиты и навесные виброуплотнители).

 

Катки 
Относятся к числу наиболее производительных и дешевых средств. Помимо грунтов они могут быть использованы для уплотнения различных оснований, песчано-гравийных подготовок и дорожных покрытий. Конструктивно катки выполняются статического и комбинированного действия. Катки статического действия могут быть гладкими, кулачковыми, сегментными, решетчатыми и пневмоколесными. По способу агрегатирования катки разделяют на прицепные, полуприцепные и самоходные.  
Самоходные и прицепные катки статического действия с гладкими металлическими вальцами могут производить послойное уплотнение грунтов на глубину 10 - 15 см.  
Самоходные катки с гладкими вальцами применяются все реже. Их вытесняют вибрационные катки комбинированного действия.  
Рабочий орган прицепного катка выполнен в виде металлического колеса с жестким ободом. Валец вращается на оси, установленной в цапфах охватывающей рамы. Рама снабжена дышлом с серьгой для соединения с базовым тягачом. На ободе вальца размещен закрытый крышкой люк, через который внутренняя полость вальца может заполняться балластом для увеличения массы катка. В качестве балласта применяют песок или каменные материалы. Поверхность пальца очищается от налипающего грунта скребком, установленным на раме.  
Для послойного уплотнения насыпных грунтов используют сцепки из трех-пяти катков. Требуемая степень уплотнения грунта достигается многократным последовательным проходом катка по одному месту.  
Наименьшая технологически возможная длина уплотняемого участка зависит от допускаемого времени на разворот в конце участка и при скорости движения катка 1 - 1,5 м/с составляет 200 - 450 м.  
Кулачковые катки предназначены для уплотнения тяжелых связных глинистых (нелипких) грунтов, но не дают никакого эффекта при уплотнении несвязных грунтов, так как вследствие высокого давления под кулачками грунт выдавливается в стороны и вверх. У них суммарная опорная поверхность кулачков не превышает 4 - 5% поверхности цилиндра, описанного по вершинам кулачков. Процесс уплотнения грунта распространяется снизу вверх. После первых проходов катка образуются отдельные уплотненные ядра, число которых растет с каждым проходом. Несущая способность грунта увеличивается и каток постепенно поднимается вверх. Для уплотнения верхнего слоя грунта нужны другие катки (с гладкими вальцами, пневмоколесные и другие, способные обеспечить необходимое качество поверхности).  
Кулачковый каток (рис.8) состоит из металлического вальца 4 с кулачками 3, рамы 5 со скребками 6 и двух дышел со сцепными устройствами.  
 
 
 
Рис.8. Прицепной кулачковый статический каток  
а - вид сбоку; б - вид сверху; 1 - дышло; 2 - люк для загрузки балласта; 3 - кулачки; 4 - валец; 5 - рама; 6 - скребки  
 
Валец с кулачками является рабочим органом катка. Внутренняя полость вальца может заполняться балластом через люк 2. Кулачки к поверхности вальца приварены в шахматном порядке. Ось вальца установлена на подшипниках в охватывающей раме.  
Дышла катка имеют петли для соединения с тягачом или друг с другом при работе в сцепке.  
Сегментные катки - это разновидность кулачковых катков. Конструктивные отличия сегментных катков сводятся к тому, что вместо кулачков на стальном вальце шарнирно прикреплены специальной формы сегменты. Опорная поверхность у катков увеличена, а шарнирное крепление сегментов обеспечивает более равномерное нагружение грунта, уплотнение которого происходит сверху вниз, как у гладких катков, но более эффективно благодаря пластическому течению грунта из-под сегментов в зазоры между ними. Поскольку затруднена очистка сегментов от налипшего грунта, механизм поворота сегментов блокируется и каток начинает работать как гладкий увеличенного диаметра, что снижает контактное давление. Этот недостаток ограничивает распространение сегментных катков.  
Решетчатые катки выполнены в виде плетеной сварной решетки, укрепленной на бортовых и средних кольцах. Внутри решетчатого вальца установлены два конуса, соединенные в середине основаниями, для очистки полости вальца от проваливших через ячейки решетки комьев грунта.  
Решетчатые катки хорошо зарекомендовали себя при уплотнении связных и малосвязных грунтов с большим содержанием крупнообломочных включений. Их можно применять и зимой, так как решетки дробят комья и погружают их в массив грунта.  
Катки малоэффективны при уплотнении переувлажненных связных грунтов, особенно в зимний период, поскольку грунт интенсивно смерзается с решеткой.  
Пневмоколесные катки предназначены для послойного уплотнения грунтов и гравийно-щебеночных материалов в различных областях строительства при широком фронте работ. Они получили широкое распространение благодаря высокой уплотняющей способности и возможности регулировать силовое воздействие на уплотняемые материалы путем автоматического изменения давления в шинах или установки пригруза.  
Каток (рис.9) состоит из пяти секций 6. Боковые (крайние) секции катка, соединенные при помощи передней и задней балок рамы между собой, образуют жесткую раму 3. Три средние секции внутри рамы шарнирно крепятся к передней балке рамы. Это позволяет им независимо перемещаться в вертикальной плоскости. Массу катка увеличивают путем загрузки балласта в бункеры секций 4. Выгрузка балласта производится через люки в днище бункеров. Рама катка при помощи опорно-поворотного устройства (дышла) 2 соединяется с одноосным тягачом 1.  
 
 

 

 

 

 

 
Рис.9. Пневмоколесный каток прицепной  
1 - тягач; 2 - дышло; 3 - рама; 4 - бункер для загрузки балласта; 5 - пневмоколесо; 6 - секция катка  
 
Колеса крайних секций оснащены пневмотормозами. В процессе работы давление в пневмоколесах 5 может регулироваться из кабины тягача.  
Все рассмотренные типы катков (за исключением пневмоколесного) для повышения эффективности могут оснащаться встроенными вибровозбудителями. Привод вибровозбудителя может осуществляться от индивидуального двигателя или от вала от бора мощности базовой машины через клиноременную передачу. Раму и двигатель от вибрации защищают с помощью резинометаллических амортизаторов. Вибровозбудитель включается и выключается по мере необходимости при помощи управляемой муфты.  
Самоходные вибрационные катки комбинированного действия предназначены для уплотнения насыпных и предварительно спланированных слоев грунта, нижних слоев асфальтобетонных покрытий и материалов дорожных оснований. В последнее время они получили широкое распространение.  
Высокий уплотняющий эффект катков этого типа обусловлен совместным воздействием металлического вибровальца и ряда пригруженных пневмоколес.  
Каток (рис. 10) состоит из силового модуля 1 и шарнирно сочлененного с ним вибровальца 2 с полурамой 5. Шарнирное сочленение 6 обеспечивает возможность поворота полурамам силового модуля и вибровальца в горизонтальной плоскости и относительно вертикальной оси. Поворот в горизонтальной плоскости осуществляется при помощи двух гидроцилиндров 7. Смачивание вальца специальной эмульсией, поступающей из емкости 4, предотвращает налипание на валец частиц уплотняемого материала.  
          
 
Рис.10. Самоходный вибрационный каток комбинированного действия  
1 - силовой модуль; 2 - вибровалец; 3 - гидромотор привода вибровозбудителя; 4 - бак смачивающей системы; 5 - полурама вибровальца; 6 - шарнирное сочленение полурам; 7 - гидроцилиндр поворота катка; 8 - пневмоколесо  
 
Силовой модуль включает двигатель внутреннего сгорания, насосную станцию, кабину оператора с системой управления катком и пневмоколесную ходовую часть 8. У катка гидрообъемная трансмиссия привода вибровальца и передвижения. Для защиты машиниста и рамы катка от вибрации вибровалец устанавливают на резинометаллических амортизаторах.  
Такую конструктивно-компоновочную схему имеют большинство выпускаемых в настоящее время самоходных виброкатков комбинированного действия.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Трамбующие  машины с падающими плитами 
Предназначены для уплотнения тяжелых связных грунтов, отсыпаемых толщиной 0,8 м и более при сосредоточенных объемах работ, а также в гидротехническом строительстве. Высокий уплотняющий эффект обусловлен высокой энергоотдачей (18835 Дж от единичного удара плитой).  
Трамбующая машина (рис. 11) представляет собой навесное рабочее оборудование на базе гусеничного трактора (Т-130.1.Г, Т-170.01), оборудованного ходоуменьшителем.  
 

Схема трамбующей машины: 1 — гусеничный трактор; 2 —  редуктор; 3 — полиспастный механизм; 4 — передняя подвеска; 5 — канатный компенсатор; 6 — тяга; 7 — канат; 8 — задняя подвеска; 9 — направляющие штанги; 10 — подвижные удлинители; 11 — трамбующая плита.

 
 
 
Оборудование для трамбования содержит переднюю подвеску 2 с редуктором 3 и блоками кривошипно-полиспастного механизма 4 привода плит и заднюю подвеску 5 с блоками, направляющими штангами 6 и подвешенными на канатах трамбующими плитами 7.  
Конструкция кривошипно-полиспастного механизма привода плит обеспечивает поочередный подъем в сброс обеих плит, выбор слабины каната перед подъемом, а также свободное падение плит с учетом осадки грунта. Направляющие трамбующих плит заделаны в траверсе задней подвески при помощи резиновых амортизаторов и имеют управляемые из кабины удлинители.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Виброплиты 
Используют при уплотнении грунта в стесненных условиях (пазухи фундаментов, вокруг колонн в опор, при устройстве грунтовых подсыпок под полы зданий и т. д.).  
В качестве привода виброплит применяют трехфазные асинхронные двигатели в двигатели внутреннего сгорания.  
Существует несколько вариантов исполнения виброплит, но наиболее широкое распространение получили подвесные одно- и двухмассные виброплиты, самопередвигающиеся виброплиты.  
Самопередвигающиеся виброплиты (рис.12) характеризуются тем, что у них источник направленных колебаний представляет собой дебалансный вибровозбудитель. Самопередвижение плиты осуществляется под действием горизонтальной составляющей суммарной вынуждающей силы, генерируемой вибровозбудителем.  
 

 

 

 

 
Рис.12. Виброплита самопередвигающаяся  
а - с реверсивным механизмом; б - с наклоняющимся вибровозбудителем  
 
Горизонтальная составляющая может возникать при повороте одного дебаланса относительно другого (рис.12, а) или при наклоне корпуса вибровозбудителя (рис.12, б) относительно основания при помощи регулировочных тяг  
Производительность изготавливаемых виброплит составляет 300-900 м2/ч при массе от 150 до 1400 кг. Глубина уплотнения грунта достигает 0,3-1 м.  
Техническую производительность грунтоуплотняющих машин и оборудования непрерывного действия Пт, м2/ч определяют по объему уплотненного грунта:  
 
Пт = 1000(B - d)hv / n  
В - ширина полосы уплотнения, принимаемая равной ширине катка, сцепа, виброплиты, трамбующей машины, м; b - ширина перекрытия смежных полос, b от 0,1 до 0,15 м; h - толщина слоя эффективного уплотнения, указываемая в характеристике уплотняющего оборудования, м; v - средняя рабочая скорость передвижения машины (оборудования), км/ч; n - необходимое число проходов по одному месту.