Выбор машин для уплотнения грунта

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 Н_о (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;

в_п - 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 q_П (среднее линейное давление).

Максимальное давление можно приближенно определить по формуле:

где: q_П - линейное давление (отнесенное к ширине катка), кН/см;

R - радиус катка, см (рис.2а);

Е_о - 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;

q_п - 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 R_пов.) 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.