Тема 16  Машины для уплотнения грунта дорожных одежд

Машины и оборудование для уплотнения грунта дорожных одежд предназначены для восстановления плотности и прочности грунтов, уложенных в инженерные сооружения и полотна дорог, придания им необходимой устойчивости, несущей способности и водонепроницаемости.

Грунты уплотняются укаткой, трамбованием, вибрацией, виброукаткой и вибротрамбованием, которые вызывают пластическую и упругую деформацию грунта. Суть уплотнения состоит в сближении частиц грунта до состояния, когда они соприкасаются между собой большей частью поверхности и дальнейшей деформации грунта в уплотненной области не происходит. Классификация машин и оборудования для уплотнения грунтов дана на рисунке 18

Рисунок18-Классификация машин и оборудования для уплотнения грунтов

Рекомендуемые материалы

            При укатке сближение частиц происходит под действием циклически повторяющейся нагрузки с медленным темпом нарастания и убывания.

При трамбовании частицы грунта сближаются за счет кинетической энергии падающей массы трамбующего инструмента, причем скорость деформации грунта отстает от скорости изменения его напряженного состояния.

При виброуплотнении частицы сближаются, скользя относительно друг друга и заполняя пустоты под действием высокочастотных колебаний, передаваемых вибратором.

 При вибротрамбовании результат вибрации суммируется с положительным эффектом трамбования.

При виброукатке суммируются эффекты укатки, вибрации и трамбования, вызываемого вибратором.

При больших объемах работ по уплотнению грунтов применяют самоходные и прицепные катки. Рабочими органами катков являются металлические вальцы с различной структурой поверхности (гладкой, решетчатой и кулачковой) или резиновые пневмоколеса.

Катки с гладкими металлическими вальцами уплотняют слой грунта 15…20 см. Необходимая степень уплотнения достигается после 4…6 проходов по одному следу на несвязных грунтах и 10…12 проходов – на связных.

К достоинствам катков с гладкими металлическими вальцами относятся способность уплотнять связные и несвязные грунты и высокая надежность.

Металлические вальцы кулачковых катков отличаются наличием на их поверхности выступов, называемых кулачками. Кулачки размещаются по поверхности вальца по винтовой многозаходной линии. Иногда кулачки одной линии смещены относительно кулачков на соседних линиях. Общая площадь контакта кулачков в несколько раз меньше, чем у гладкого вальца, поэтому напряжение в уплотняемой зоне выше. Кроме того, кулачки сминают грунт, повышая эффективность уплотнения, Недостатком является то, что на несвязном грунте этот эффект не проявляется. Число проходов кулачкового катка по одному следу п, необходимое для 95% стандартного уплотнения рассчитывают по формуле

                                                       п = 1,3 F_в / F_к,                                                                        (70)

Где 1,3 – коэффициент неравномерности перекрытия уплотняемой поверхности кулачками;

       F_в – площадь цилиндрической поверхности вальца;

       F_к – общая площадь опорной поверхности всех кулачков.

Решетчатые катки наиболее эффективны при уплотнении крупнощебеночных, гравелистых, мерзлых и глинистых комковатых грунтов. Конструктивно они аналогичны гладковальцевым каткам. Но цилиндрическая поверхность вальца изготовлена из решетки с размерами ячеек от 15х15 до 20х20 см. Решетка может быть литой или сварной.

Вальцы секторного катка состоят из дисков, тесно прижатых друг к другу торцами. Края каждого из дисков напоминают по форме звездочку цепной передачи. Зубья соседних дисков смещены на полшага.

Пневмоколесные катки применяют для уплотнения связных и несвязных грунтов. В отличии от жестковальцевых катков они способны уплотнять более толстые слои грунта за меньшее число проходов по одному следу. Для эффективности пневмоколесного катка кроме массы большое значение имеет давление в шинах и диаметр пневматических вальцев.

Самоходные пневмоколесные катки применяют для уплотнения дорожных оснований и покрытий, прицепные и полуприцепные – для уплотнения грунтов.

Производительность катка П может быть рассчитана по уплотненной поверхности (формула 71) и по объему уплотненного грунта (формула 72)

                         П = (L_з b_вал k_в) / [(L_з / U_упл + t_ман )п_пр k_пер ,                                                     (71)

где  L_з – длина захватки;

       b_вал – ширина жесткого вальца или ширина уплотнения пневмоколесного катка;

       k_в – коэффициент использования времени смены;

      U_упл – скорость движения катка при уплотнении;

      t_ман –  время маневрирования в конце прохода;

      п_пр – число проходов по одному следу;

      k_пер – коэффициент перекрытия проходов (для жестковальцевых и двухосных пневмоколесных катков k_пер = 1,1; для прицепных пневмоколесных катков k_пер             = 1,2).

                       П = (L_з h_сл b_вал k_в) / [(L_з / U_упл + t_ман )п_пр k_пер,                                                     (72)

где h_сл – толщина уплотненного слоя.     

Трамбующие машины применяют для уплотнения связных и несвязных грунтов слоями до одного метра. Они являются навесным оборудованием на тракторах. Рабочими органами являются трамбующие плиты и вибромолоты. Машины, реализующие этот метод уплотнения, не нашли широкого применения, т.к. они тихоходны и эффективны на предварительно уплотненных грунтах.

Вибротрамбующие машины силой удара создают в уплотняемом грунте напряжения, а вибрацией вынуждают частицы грунта колебаться. Используют эти машины на любых грунтах, но наиболее эффективно их применение на несвязных и малосвязных грунтах. От трамбующих машин вибротрамбующие отличаются малыми импульсами и высокой частотой ударов. По принципу действия к вибротрамбующим машинам могут быть отнесены виброштампы и виброплиты. По принципу вибротрамбования работает и ручной универсальный инструмент с пневмо-, гидро- и электроприводом.

 Производительность виброуплотняющей машины П определяют по           формуле

                                               П = (b_упл U_упл h_сл k_в) / п_пр k_пер,                                                     (73)

где b_упл – ширина полосы уплотнения;    

Рекомендуем посмотреть лекцию "Лекция 7".

      U_упл – скорость движения уплотняющей машины;

       h_сл – толщина уложенного слоя;

       k_в – коэффициент использования времени смены;

       п_пр – число проходов по одному следу;

       k_пер – коэффициент перекрытия проходов.

Виброуплотнительные машины обычно выполнены с приводом от двигателя внутреннего сгорания.