Грунтоуплотняющие машины. Уплотнение грунтов укаткой, требованием и вибротрамбованием.

Основные параметры, рабочий процесс и производительность. Оборудование для гидромеханической разработки грунта. Типы машин и оборудования. Рабочий процесс, основные параметры, технические и эксплуатационные показатели.

Уплотнение грунта – процесс его необратимого деформирования путем внешнего силового воздействия.

Масса грунта уменьшается в объеме за счет удаления из его пор свободной воды и воздуха, а его плотность повышается.

Степень уплотнения грунта оценивают коэффициентом уплотнения, равному отношению фактической плотности к ее максимальному стандартному значению (определенному прибором). В зависимости от ответственности сооружения Купл назначают от 0,9 до 1.

Все процессы уплотнения грунтов в строительстве полностью механизированы. Их выполняют с помощью машин и оборудования. Его классифицируют по:

1- характеру силового воздействия на грунт;

2- способу перемещения рабочего органа относительно уплотненной зоны грунта.

По первому признаку различают машины: 1-статического действия (укатка); 2-динамического действия (трамбование и вибротрамбование); 3-комбинированного действия.

По второму признаку: самоходные, прицепные и полуприцепные орудия, перемещаемые тягачем; машины с навесными рабочими органами; оборудование, перемещаемое за счет импульсивных реактивных сил в результате наклонного силового воздействия на грунт (виброплиты).

Рекомендуется 2-х стадийное уплотнение. Предварительное – легкой машиной и окончательное – тяжелой. Общее число проходов или ударов по 1 месту может быть уменьшено на 25% с сокращением стоимости работ до 30%.

Для уплотнения грунта укаткой применяют:

1-прицепные;

2-полуприцепные;

3-самоходные катки с гладкими

кулачковыми катками

пневмокатки.

Рис.1. Прицепной каток с металлическими вальцами: 1-пустотелый валец цилиндрической формы; 2-рамы; 3-дышла; 4-сцепное устройство; 5-торцевые щипы (валец соединен с рамой через подшипники на торцевых щипах); 6-люк с балластом (песком) для массы; 7-скребок для очистки вальца от налипшего грунта.

Вальцы бывают гладкими или с кулачками в шахматном порядке. Для укатки грунта на больших площадях используют сцепы из двух-пяти и более катков, объединенных траверсами:

Рис.2. Сцепы катков с трактором - тягочом

Гладкие катки уплотняют грунты слоями 0,15-0,2м. Скорости проходки 1,5-2,5км/ч на первом и двух последних проходах, 8-10км/ч на промежуточных.

Кулачковые катки эффективны только для уплотнения рыхлых связных грунтов.

Решетчатые катки – для колековатых переувлажненных связных грунтов, разрыхленных мерзлых и скальных крупнообломочных.

Прицепной пневмоколесный каток состоит из:

1- рамы с дышлом и сцепным устройством, соединенных с тягачом;

2- четырех и пяти пневматических колес, соединенных с рамой одной осью или через балансиры;

3- балластных ящиков. Их применяют для уплотнения грунтов, а так же гравийных и щебеночных оснований, черных смесей асфальтобетона. 5-10 проходов при V=11-15 км/ч. Автомобильные шины – малосвязные и среднесвязные грунты, авиационные шины – для тяжелых суглинков и глин высокой связности. Полуприцепные катки массой 15±3;30±6; 45±9тонн.

Самоходные пневмоколесные катки: 1-легкие (10-15т); 2-средние (20-30т); 3-тяжелые (40-50т).

Разберем группу грунтоуплотняющих машин и оборудования динамического действия. Это трамбовочные, вибротрамбовочные машины, виброплиты и виброкатки.

Трамбующие рабочие органы:

чугунные, ж/б плиты (круглые, квадратные) навешивают на другие одноковшовые эксковаторы и другие машины. Масса 1,5-0,8т, опорная поверхность – 1 м², высота подъема – 1,2-2м; сбрасывают 3-6 ударов, глубина уплотнения – 0,8-1,5м. Продолжительность рабочего цикла 12-20 секунд. Невысокая производительность. Ограничено применяется в труднодоступных местах.

Самоходные трамбовочные машины на базе трактора.

2 чугунные плиты массой 1,3т каждая. За 3-6 ударов по 1 месту уплотнение на глубину 1,2м при V=160-320м/ч.

Виброплиты – для несвязных и слабо связных грунтов на ограниченных поверхностях.

Рис.3. Одномассная (а), двухмассная (б) виброплиты.

Грунт уплотняют плитой-поддоном 1, которому сообщаются колебания от двухбалластного вибратора 2. Его устанавливают на поддон, а двигатель 5 на поддоне, или на специальном подрамнике 4; опирающемся на поддон через пружины (резиновые амортизаторы) 3. Первую схему называют одномассной (а), вторую – двухмассной (б).

Производительность 300-900 м³/ч, массой 0,15-1,4т на глубине 0,3-1м.

Ударно-вибрационный способ. Вибротрамбовочное оборудование на базе гусеничного трактора. Вибрационные катки с гладкими решетчатыми вальцами, внутри которых вмонтирован вибратор направленных колебаний для уплотнения малосвязных грунтов. Эффективность вибрационного воздействия снижается с увеличением содержания в грунте глинистых частиц.

Производительность:

а) грунтоуплотняющих машин и оборудования непрерывного действия:

, (1)

где В – ширина полосы уплотнения (катка, сцепа, виброплиты, трамбовочной машины);

b – ширина перекрытия смежных полос (0,1-0,15м);

h – толщина слоя уплотнения (в характеристике оборудования);

– скорость движения;

z – необходимое число проходов по 1 месту (от вида грунта).

б) для трамбующей плиты:

, (2)

где n – число ударов плиты за 1 мин.;

a – размер опорной поверхности плиты (сторона квадрата, диаметр);

z – необходимое число ударов плиты по одному и тому же месту.

Технические средства гидромеханизации (состав оборудования, устройство и принцип работы гидромониторов, землесосов, земснарядов)

Гидромеханизация – это способ механизации земляных работ, при котором все технологические процессы выполняются за счет энергии потока воды.

Этим способом возводят плотины, дамбы, насыпи, разрабатывают котлованы, каналы, углубляют водоемы, добывают и транспортируют песчано-гравийные материалы.

В оборудовании используют устройства для разрушения грунтов:

1. струей воды;

2. механическим путем с последующим транспортированием и укладкой продуктов разрушения в потоке воды в сооружение.

Рис.4. Схема разработки грунта гидромонитором: 1-гидромонитор; 2-забой; 3-ЗУМПФ; 4-землесос; 5-пульповод; 6-дамба обвалования; 7-пульпа; 8-тело сооружения или штабель песка, гравия, песчано-гравийной смеси.

Струя воды под давлением направляется на забой гидромонитором. Размытый грунт вместе с отработавшей водой (пульпа) стекает в специальное углубление (ЗУМПФ), откуда грунтовым насосом (землесос) нагнетается в трубопровод (пульповод) и перемещается по нему к месту укладки. После дренажа воды с зоны, ограниченной дамбой обвалования, грунт образует тело сооружения или штабель песка и т.д.

Плотные подводные грунты разрабатывают механическим способом – рыхлителями. Агрегат, включающий понтон, плавучие установки, грунтовый насос и грунтозаборное устройство, называемое землесосным снарядом (землеснарядом). Энергоемкость = 2-5кВтч/м³. Этот способ эффективен при больших объемах земляных работ при большом количестве воды вблизи водоемов, с береговых урезов и со дна водоемов.

Используют также гидроэлеваторы (струйные насосы) – аппараты для перекачивания пульпы за счет энергии водяной струи, подаваемой внешним водяным насосом. Недостаток – низкий КПД, расстояние только 25-35м.

Производительность гидромонитора по воде определяют через расход:

, (3)

где =0,9-0,93 – коэффициент расхода;

- площадь поперечного сечения насадки;

g – ускорение свободного падения;

H – напор воды у насадки;

Производительность землеснаряда по пульпе определяют по подаче грунтового насоса.

Производительность по грунту:

, (4)

где - подача грунтового насоса по объему пульпы;

К – средний коэфф

, (5)

где С – консистенция пульпы, С≈0,1…0,12

К=0,1 – гравийно-галечные грунты,

К=0,25 – песчаные грунты.

Основные параметры земснаряда:

1- производительность по грунту;

2- дальность транспортирования пульпы;

3- максимальная глубина забора пульпы;

4- размеры корпуса судна (плавучей установки);

5- его водоизмещение и осадка;

6- ширина полосы разработки грунта;

7- общая потребляемая мощность;

8- тяговое усилие;

9- скорости папильонирования (перемещения).

Физический смысл папильонирования заключается в том, что в процессе разработки грунта землеснарядом нижний конец грунтозаборного устройства непрерывно перемещается по дну водоема, оставляя после себя выработку в виде узкой полосы.

Пример: Индекс землеснаряда 500-60:

- производительность по грунту 500 м³/ч

-производительность по пульпе 5000 м³/ч при давлении до 0,6Мпа.