Грунт уплотненный: Работы по уплотнению грунта — этапы и способы уплотнения грунта

Способы уплотнения грунта и оптимальные условия его проведения

Уплотнение грунта применяется при постройке различных объектов: железных и автомобильных дорог, земляных дамб и фундаментов строений, улиц и магистралей, каналов и резервуаров, спортивных и складских площадок, стоянок для машин и аэродромов, промышленных или жилых зданий и много другого. Эта процедура позволяет увеличить прочность и несущую способность не только почвы, но и укладываемых сверху каменных материалов, цементо- или асфальтобетона.

Уплотнение грунта виброплитой

Между степенью уплотнения грунта и прочностными характеристиками этих материалов существует определенная зависимость: увеличение первого параметра всего на 1 % приводит к повышению прочности на 10-15 %. Стоимость такой операции, как правило, составляет всего 3-5 % от общей сметы строительства. При этом следствием невыполненного или неправильно выполненного уплотнения грунта станут осадки или другие разрушения, повышающие стоимость содержания сооружения.

Оптимальные условия выполнения уплотнения грунта

Критерием правильно проведенного уплотнения грунта служит его плотность. При этом помимо типа почвы основным фактором, влияющим на результат работы, является ее влажность. От нее зависит подвижность частиц грунта. Оптимальный уровень влажности для песка – 8-14 %, для супеси – 9-15 %, для суглинка – 12-18 % и для глины – 16-26 %. При соблюдении этих параметров необходимая степень уплотнения грунта достигается наименьшими затратами.

Слишком сухую почву требуется увлажнять. Вода позволяет частицам грунта легче менять свое положение и уменьшает сопротивляемость. Если увлажнение провести невозможно, следует уменьшать толщину уплотняемых слоев почвы. Это позволяет добиться аналогичного результата. Возможна и обратная ситуация, когда грунт оказывается переувлажненным. В этом случае поры в нем заняты не воздухом, а водой, существенно мешающей уплотнению. Такую почву необходимо подсушивать.

Способы уплотнения грунта

Существует несколько способов уплотнения грунта:

• Метод вибрирования изначально применялся только на песчаных грунтах или гравии, характеризующимися слабыми силами сцепления. Современная вибрационная техника обеспечивает качественное уплотнение даже глинистой почвы. При реализации этого способа виброустановки вызывают колебания частиц почвы и способствуют их плотной укладке. Такие машины в своей работе используют комбинацию статической и динамической нагрузки. Они передают частые удары на контактную поверхность, откуда вибрация передается непосредственно грунту. Современные машины обеспечивают качественный результат при толщине слоев 30-50 см.
• Метод укатки подразумевает использование катков большой массы. Они многократно проезжают по поверхности грунта и уплотняют его под давлением. В этом случае единственным способом регулировать нагрузку является изменение массы оборудования или величины площади контакта. Катки с гладкой поверхностью подходят для любых грунтов. Кулачковые катки имеют на поверхности специальные уплотняющие кулачки разной формы и применяются на глинистых почвах. Машины весом 10-25 т обеспечивают требуемый результат при толщине слоев рыхлой почвы 20-30 см. Катки с массой 25-50 т качественно уплотняют слои грунта высотой 35-50 см. Тяжелые машины весом до 100 т одинаково успешно используются на связных и несвязных грунтах с толщиной слоя 40-50 см.

Первый дорожный каток был построен в 1902 году в Англии. Он весил 16 т и работал на керосине. В России использование самоходных катков с гладкими металлическими вальцами при строительстве асфальтобетонных дорог было начато в 1925 году.

Уплотнение грунта с помощью кулачкового катка

• Метод трамбования предполагает использование плит весом 1-2 т. Они сбрасываются с высоты 1-2 м и таким образом уплотняют почву. Этот способ используется для работы со связными грунтами, обладающими хорошей пластической деформативностью.

В настоящее время наибольшее распространение получили уплотняющие машины комбинированного действия. В своей работе они сочетают несколько способов уплотнения грунта и являются более эффективными. К таким устройствам относятся, например, виброкатки или вибротрамбовки.

назначение, описание процесса, основные этапы, техника и оборудование

Уплотнение грунта представляет собой совокупность технологических операций, которые осуществляются для решения строительных задач, и как правило, приводят к изменению свойств грунта, но не к полному преобразованию его физико-химического состояния.

Уплотнение ставит цель добиться определенной проектной плотности основания, чтобы сократить размер и неровность ее дальнейшей просадки под воздействием нагрузок. Уплотнение грунта требуется при строительстве железнодорожных, автодорожных и гидротехнических объектов. При создании каналов и водохранилищ уплотняют поверхность их дна и откосы, чтобы уменьшить фильтрующие способности грунтов и сократить утечки содержимого хранилищ. Еще оно успешно применяется для формирования подсыпок под полы или засыпке траншей коммуникаций.

Процесс уплотнения

Суть состоит в том, что сам грунтовые частицы подвергаются внешним механическим воздействиям, в результате чего они перемещаются и увеличивается число их контактов друг с другом, что помогает более мелким оказываться в полостях между крупными. В свою очередь происходит вытеснение жидкости и воздуха. Хорошо уплотненное грунтовое основание должно содержать не более 3-5% воздушных фаз. Уплотнять каждый тип и слой следует при оптимальной влажности.

В начале процесса уплотнения происходит уменьшение объема пор и сближение грунтовых частиц. Но в последующем интенсивность деформаций снижается. В итоге наступает момент, когда приложение новых усилий создает только упругую деформацию грунта, которая не влечет значительного изменения объема. Стоит заметить, что при расчете требований к уплотнению, учитываются нагрузки, которым будут подвергаться земные слои.

Уплотнение грунтов нужно проводить на стадии подготовки оснований под фундаменты различных построек, которые сооружаются на неоднородных просадочных, насыпных или на слабых водонасыщенных грунтах, а еще ключевую роль для устойчивости зданий играют методы. Особое внимание уделяется несущей способности и деформативной устойчивости. Уплотнять лучше в тот момент, когда уровень влажности почвы является оптимальным, иначе поверхность придется увлажнять или подсушивать, или использовать мощную уплотняющую технику, что приведет к дополнительным затратам.

Оборудование и техника

Основными методами уплотнения основания являются: трамбовка, вибрирование, намыв, замачивание, сейсмоуплотнение и так далее. Довольно практично применение грунтовых свай. Есть огромный перечень легкого оборудования, помогающего уплотнять грунты, эксплуатируемое при производстве маломасштабных работ или в стесненных пространствах. К их числу относятся:

• дорожные катки;
• траншейные катки;
• виброплиты;
• трамбовочные машинки и многое другое.

Все технические средства бывают статическими, ударными и вибрационными. По способу перемещения они подразделяются на самоходные и прицепные.

Виброплиты и малые вибрационные катки используют, чтобы уплотнять слои основания, насыпей и асфальтовых покрытий. На немалых площадях, например, предназначенных для автостоянок и тротуаров, уплотнять основания под асфальтовое покрытие помогают вибрационные тандемные катки или двухвальцовые ручные катки.

Для связных и малосвязных грунтов нужно использовать укатку тяжелыми катками, то есть воздействие статической нагрузкой, и трамбование ударами тяжелых плит. Уплотнять несвязные лучше посредством укатки с вибрацией и заливкой водой.

Укатка уплотнения грунта ведется, как правило, при формировании насыпей для автодорог и железнодорожных сетей, при создании гидротехнических сооружений и осуществлении вертикальных планировок площадок.

Источник: https://severdom.by/

Уплотнение грунта, песка и щебня

Уплотнение строительных материалов (грунтов) производится для увеличения их прочностных характеристик и избежания осадок в процессе эксплуатации. Уплотнение происходит за счет приложения статической или вибрационной силы на уплотняемый материал. Наибольшее распространение уплотнение получило в дорожном строительстве, возведении насыпей и дамб, фундаментных и ландшафтных работах.

Качество уплотнения каменной отсыпки, грунтов и асфальтобетона напрямую связано с несущей способностью материала и его водонепроницаемостью. Причем увеличение степени уплотнения на 1% ведет к увеличению прочности материала на 10-20%.

Некачественное уплотнение ведет к последующим усадкам грунтов, что значительно увеличивает стоимость содержания или приводит к дорогостоящему ремонту.

Области применения уплотнения

Вот список областей, где уплотнение используется наиболее часто:

• Автодорожное строительство
• Железные дороги
• Фундаменты зданий
• Аэропорты и порты

Автомобильные дороги

Разнообразие современных автомобильных дорог очень большое: начиная от грунтовых проселочных дорог, заканчивая многополосными магистралями с асфальтобетонным покрытием.

Вне зависимости от типа дороги, для увеличения несущей способности полотна и увеличения срока службы необходимо использовать уплотнение всех слоев дороги, включая насыпь.

Дорога возводится двумя способами – на насыпи или в выемке. Дорожная одежда состоит из подстилающего слоя, слоя основания и финальных слоев покрытия. Основная ее задача – равномерно распределять давление от поверхностных нагрузок по всему земляному полотну.

Максимальное давление возникает на поверхности, поэтому требование к качеству материала и его уплотнению максимальны для слоев покрытия – асфальту или асфальтобетону.

Слой основания обеспечивает жесткость слоям покрытия, поэтому требования к его уплотнению также велики. Обычно для этих слоев используется щебень или каменная отсыпка.

Железные дороги

Во всем мире железные дороги обеспечивают большую часть грузового трафика. Значительная часть таких перевозок занимает транспортировка крайне тяжелых материалов, таких как руда и уголь. Поэтому способность противостоять нагрузкам критически важна для железной дороги. А этого невозможно добиться без качественного уплотнения железнодорожной насыпи.

Фундаменты зданий

Устойчивость и срок службы любых типов построек напрямую зависят от качества фундамента. Особенно это важно в местах, где отсутствуют прочные грунты.

Возведение качественной дренажной подушки под основание зданий проблематично выполнить без использования уплотнительной техники.

Крупные инфраструктурные проекты: порты и аэропорты

В современном мире грузооборот аэропортов и морских портов вырос многократно. Чтобы справится с этим потоком грузов – значительно возросла интенсивность движения судов и самолетов, а следовательно выросли нагрузки на взлетные полосы и причалы. На данных объектах требования к качеству работ и используемых материалов максимальны. Стандарты по уплотнению всех подстилающих слоев и слоев покрытия значительно выше, чем на прочих объектах.

Способы уплотнения

Существуют два способа уплотнения грунтов и асфальтных покрытий: статическое и вибрационное воздействие.

Статическое уплотнение

Статическое уплотнительное оборудование для воздействия на уплотняемый материал использует только собственный вес. Чтобы изменить силу воздействия на поверхность необходимо либо изменить массу, либо площадь контакта.

Такой тип оборудования не обеспечивает уплотнение материала на достаточную глубину, т.к. при нем возникает эффект «распора» между частицами верхнего слоя материала, что препятствует уплотнению нижележащих частиц.

К такому типу оборудования относятся статические катки с гладкими вальцами и катки на пневматических шинах.

Вибрационное уплотнение

Вибрационное уплотнительное оборудование использует комбинацию статического и динамического воздействия. Вибрация создается за счет вращения эксцентрикового груза. Вибрационные удары передается частицами материала между собой, что приводит к уменьшению трения между ними и взаимному движению. Что в свою очередь позволяет частицам переупаковываться в максимально плотное состояние. По сравнению со статическим, вибрационное уплотнение воздействует на материал на гораздо большую глубину. Изначально данный способ уплотнения использовался только для несвязных грунтов (песок, щебень и т.п.), однако со временем появилась вибрационное оборудование и для уплотнения глинистых грунтов и асфальта.

Эффективность воздействия вибрационного оборудования признана во всем мире, и на текущий момент данный способ уплотнения является доминирующим на рынке.

Влияние влажности грунта на его уплотнение

Любые грунты состоят из трех элементов: твердые частицы, воздух и вода. Во время уплотнения почти все грунты достигают максимальной плотности при определенном оптимальном содержании в них воды.

Таким образом, сухой грунт плохо поддается уплотнению, а влажный грунт становится мягким и его легче утрамбовать.

Однако, чем выше содержание воды в грунте, тем ниже его плотность. Максимальная плотность достигается при оптимальном содержании влаги в грунте, что обычно является промежуточным состоянием между абсолютно сухим и полностью влажным.

Для определения оптимальной влажности для грунта используют лабораторный анализ по ГОСТ 22733-2002 (Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности).

Степень уплотнения чистого песка и щебня (без содержания примесей) почти не зависит от содержания в них влаги, и могут быть максимально утрамбованы как в сухом, так и водонасыщенном состоянии.

Уплотнение различных типов грунтов

В зависимости от используемого уплотняемого материала выбираются соответствующие способы и оборудование для уплотнения.

Песок и щебень

Как уже упоминалось ранее, песок и щебень достигают своей максимальной плотности в абсолютно сухом или полностью водонасыщенном состоянии. Но так как данные материалы обладают отличными дренирующими свойствами, достаточная плотность достижима при любом содержании влаги в материале.

Но при использовании щебня и песка с содержанием примесей, дренирующие свойства заметно ухудшаются и материал становится пластичным, что затрудняет его уплотнение. В таких случаях необходимо производить уплотнение при оптимальном содержании влаги.

При уплотнении песка и щебня с низким содержанием примесей может возникнуть небольшая проблема – материал пытается выпучиться сзади вальца катка или виброплиты, тем самым плотность верхнего слоя снижается. Но при послойном уплотнении данный нюанс не играет большого значения, т.к. нижележащий слой уплотняется при обработке верхнего слоя.

Для уплотнения песка и щебня подойдет любое вибрационное оборудование: вибротрамбовки, виброплиты и виброкатки. Вес оборудования влияет на высоту трамбуемого слоя.

Скальная порода

Отсыпка из скальной породы применяется в качестве насыпей в дорожном строительстве, при сооружении платин и дамб, а также при возведении взлетных полос и морских портов. Валуны из скальной породы могут достигать размеров до 1,5 метров и обладают значительной прочностью.

Первичная укладка скальных пород производится бульдозерами, они образуют довольно ровную поверхность. Для дальнейшего уплотнения используют вибрационные катки тяжелого и среднего класса.

Пылеватые грунты

На качество уплотнения пылеватых грунтов сильно влияет степень содержания в них влаги. Для качественного уплотнения подобного грунта, уровень влажности не должен сильно отличаться от оптимального. При большом содержании влаги в пылеватом грунте и при воздействии вибрации такой грунт становится текучим, что сильно снижает возможность его качественного уплотнения.

Пылеватые грунты с оптимальной влажностью обладают низкой вязкостью, поэтому их можно уплотнять более толстыми слоями, чем песок. Для их уплотнения идеально подходят вибрационные катки среднего и тяжелого класса, либо тяжелые виброплиты.

Глина и суглинки

Глину и грунты, содержащие большое количество глины, часто используют в дорожном строительстве при возведении насыпей. Качество уплотнения глины меняется в зависимости от содержания в ней воды. При низком содержании влаги она становится твердой, а при высоком содержании очень пластичной. Поэтому при уплотнении подобных грунтов оптимальная влажность материала является существенным фактором.

Для уплотнения глины используют вибрационные катки с гладкими либо кулачковыми вальцами. Кулачковые – когда влажность ниже оптимальной, а гладкие вальцы – при повышенной влажности. Глубина слоя выбирается в пределах от 20 до 40 см. Толщина уплотняемого слоя влажной глины может быть больше, чем сухой.

При существенном отклонении уровня влажности от оптимального могут быть использованы бороны и фрезы для увлажнения или проветривания грунта.

Как правильно сделать уплотнение грунта под фундамент

Важным технологическим процессом при устройстве фундамента является уплотнение грунта или того же песка, щебня. Безусловно, первый вопрос стоит, где приобрести хороший щебень, и мы делаем небольшую подсказку – на darbeton.ru/scheben/ramenskoe. Второй момент – каким методом произвести уплотнение грунта, чтобы избежать негативных моментов во время стройки. Ведь не секрет, что данная технология позволяет увеличить прочность и надёжность грунта, а значит, это гарантия крепкой конструкции дома на долгие годы. Любые перемещения грунта во время строительных работ могут привести к образованию пустот между частицами, что недопустимо. Вы же не хотите, чтобы ваш дом был похож на падающую Пизанскую башню.

Методы уплотнения грунта

Исходя из типа грунта, уровня его влажности, фракционного состава и требуемой проектной плотности (в зависимости от сложности конструкции и высоты здания) выбирается та или иная технология уплотнения.

На сегодняшний день существует три основных метода уплотнения грунтов:

• укатка;
• вибрирование;
• трамбование.

Укатка грунта

Укатка грунта является самым простым методом. Выполняется он с помощью большого круглого катка. В результате многократного проезда катка по поверхности грунта, происходит существенное сдавливание. Если применять ручной каток, то толщина уплотняемого слоя составляет 10-15 см (для грунта, песка) и 8-10 см для глины. Для уплотнения глинистых грунтов рекомендуется использовать кулачковый каток с уплотняющими кулачками. Чтобы укатить грунт до нужного параметра, придётся проехаться по нём туда и обратно катком не менее 10 раз.

Метод вибрирования

Для песчаных грунтов чаще всего применяется метод вибрирования. Вибрация передаётся от одной песчинки к другой, и таким образом происходит их движение. Чтобы понять принцип действия данного метода приведём пример с помощью стеклянной банки с сахаром. Насыпаем в банку доверху сахар, далее хорошо её встряхнем. В результате таких движений частички сахара утряслись, более плотно расположись в пространстве, и в банке появляется свободное место. Аналогично по такому же принципу и песок под сильным воздействием вибрации улаживается. Для таких целей используется специальное оборудование: виброплиты, вибротрамбовки и виброкатки (сочетание в себе метода укатки и трамбования). Так для уплотнения грунта понадобится пройтись виброплитой в среднем 7 раз. Касательно глиняных грунтов, то этот метод не совсем подходит, так как в глине плохо передаётся вибрация.

Метод трамбования

Распространённым является и метод трамбования, в процессе которого на поверхность грунта бросается трамбовочная плита весом в несколько тонн, и в размерах до пару метров. Стоит отметить, что для самостоятельного строительства, когда речь идёт о небольшой конструкции, в технологическом плане этот метод является самым доступным. В таких целях применяется или ручная трамбовка или самодельная: из разных досок. Важно, чтобы вес плиты был существенным.

В случае большой толщины грунта уплотнение проводится в несколько этапов, и может сочетать в себе несколько методов одновременно.

ВОЗМОЖНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ УПЛОТНЕНИЯ ВИБРОКАТКАМИ ГРУНТОВ РАЗЛИЧНОГО ТИПА И СОСТОЯНИЯ

Обязательное уплотнение грунта, щебня и асфальтобетона в дорожной отрасли является не только составной частью технологического процесса устройства земляного полотна, основания и покрытия, но и служит фактически главной операцией по обеспечению их прочности, устойчивости и долговечности.

Немного истории

Раньше (до 30-х годов прошедшего столетия) реализация указанных показателей грунтовых насыпей тоже осуществлялась уплотнением, но не механическим или искусственным путем, а за счет естественной самоосадки грунта под воздействием, в основном, его собственного веса и, частично, движения транспорта. Возведенную насыпь оставляли, как правило, на один–два, а в некоторых случаях и на три года, и только после этого устраивали основание и покрытие дороги.

Однако начавшаяся в те годы быстрая автомобилизация Европы и Америки потребовала ускоренного строительства обширной сети дорог и пересмотра методов их устройства. Существовавшая тогда технология возведения земляного полотна не соответствовала возникшим новым задачам и стала тормозом в их решении. Поэтому появилась потребность в разработке научно-практических основ теории механического уплотнения земляных сооружений с учетом достижений механики грунтов, в создании новых эффективных грунтоуплотняющих средств.

Это в те годы стали изучать и учитывать физико-механические свойства грунтов, оценивать их уплотняемость с учетом гранулометрического и влажностного состояния (метод Проктора, в России – метод стандартного уплотнения), были разработаны первые классификации грунтов и нормы на качество их уплотнения, стали внедряться методы полевого и лабораторного контроля этого качества.

Основным грунтоуплотняющим средством до указанного периода являлся гладковальцовый статический каток прицепного или самоходного типа, пригодный только для прикатки и выравнивания приповерхностной зоны (до 15 см) отсыпанного слоя грунта, да еще ручная трамбовка, применявшаяся главным образом на уплотнении покрытий, при ремонте выбоин и для уплотнения обочин и откосов.

Эти простейшие и малоэффективные (с точки зрения качества, толщины прорабатываемого слоя и производительности) уплотняющие средства стали вытесняться такими новыми средствами, как пластинчатые, ребристые и кулачковые (вспомнили изобретение 1905 г. американского инженера Фитцджеральда) катки, трамбующие плиты на экскаваторах, многомолотковые трамбующие машины на гусеничном тракторе и гладковальцовом катке, ручные взрыв-трамбовки («лягушки-попрыгушки») легкие (50–70 кг), средние (100–200 кг) и тяжелые (500 и 1000 кг).

В это же время появились первые грунтоуплотняющие вибрационные плиты, одна из которых фирмы «Лозенгаузен» (впоследствии фирма «Вибромакс») была достаточно крупной и тяжелой (24–25 т вместе с базовым гусеничным трактором). Ее виброплита площадью 7,5 м² располагалась между гусеницами, а двигатель мощностью 100 л.с. позволял вращать вибровозбудитель с частотой 1500 кол/мин (25 Гц) и перемещать машину со скоростью около 0,6–0,8 м/мин (не более 50 м/ч), обеспечивая производительность примерно 80–90 м²/ч или не более 50 м³/ч при толщине уплотняемого слоя около 0,5 м.

Более универсальным, т.е. способным уплотнять различные типы грунтов, в том числе связные, несвязные и смешанные, показал себя метод трамбования.

К тому же при трамбовании легко и просто можно было регулировать силовое уплотняющее воздействие на грунт за счет изменения высоты падения трамбующей плиты или трамбующего молотка. Вследствие этих двух достоинств метод ударного уплотнения в те годы стал наиболее востребованным и распространенным. Поэтому количество трамбующих машин и устройств множилось.

Уместно отметить, что и в России (тогда СССР) тоже понимали важность и необходимость перехода к механическому (искусственному) уплотнению дорожных материалов и налаживанию производства уплотняющей техники. В мае 1931 г. в мастерских г. Рыбинска (сегодня ЗАО «Раскат») был выпущен первый отечественный самоходный дорожный каток.

После завершения второй мировой войны совершенствование техники и технологии уплотнения грунтовых объектов пошло с не меньшим энтузиазмом и результативностью, чем в довоенное время. Появились прицепные, полуприцепные и самоходные пневмоколесные катки, ставшие на определенный период времени основным грунтоуплотняющим средством во многих странах мира. Их вес, в том числе единичных экземпляров, варьировался в довольно широких пределах – от 10 до 50–100 т, но большинство выпускавшихся моделей пневмокатков имело нагрузку на шину 3–5 т (вес 15–25 т) и толщину уплотняемого слоя, в зависимости от требуемого коэффициента уплотнения, от 20–25 см (связный грунт) до 35–40 см (несвязный и малосвязный) после 8–10 проходов по следу.

Одновременно с пневмокатками развивались, совершенствовались и приобретали все большую популярность, особенно в 50-е годы, вибрационные грунтоуплотняющие средства – виброплиты, гладковальцовые и кулачковые виброкатки. Причем, со временем на смену прицепным моделям виброкатков пришли более удобные и технологичные для выполнения линейных земляных работ самоходные шарнирно-сочлененные модели или, как их назвали немцы, «вальцен-цуг» (тяни-толкай).

Гладковальцовый виброкаток CA 402 фирмы DYNAPAC

Каждая современная модель грунтоуплотняющего виброкатка, как правило, имеет два исполнения – с гладким и кулачковым вальцом. При этом некоторые фирмы изготавливают к одному и тому же одноосному пневмоколесному тягачу два отдельных взаимозаменяемых вальца, а другие предлагают покупателю катка вместо целого кулачкового вальца всего лишь «насадку-обечайку» с кулачками, легко и быстро закрепляемую поверх гладкого вальца. Есть также фирмы, разработавшие подобные гладковальцовые «насадки-обечайки» для монтажа поверх кулачкового вальца.

Следует особо отметить, что сами кулачки на виброкатках, особенно после начала их практической эксплуатации в 1960 г., претерпели существенные изменения в своей геометрии и размерах, что благотворно отразилось на качестве и толщине уплотняемого слоя и снизило глубину взрыхления приповерхностной зоны грунта.

Если раньше кулачки «шипфут» были тонкими (опорная площадь 40–50 см²) и длинными (до 180–200 мм и более), то современные их аналоги «пэдфут» стали более короткими (высота в основном 100 мм, иногда 120–150 мм) и толстыми (опорная площадь около 135–140 см² с размером стороны квадрата или прямоугольника около 110–130 мм).

По закономерностям и зависимостям механики грунтов увеличение размеров и площади контактной поверхности кулачка способствует росту глубины эффективного деформирования грунта (для связного грунта она составляет 1,6–1,8 размера стороны опорной площадки кулачка). Поэтому слой уплотнения суглинка и глины виброкатком с кулачками «пэдфут» при создании надлежащих динамических давлений и с учетом 5–7 смглубины погружения кулачка в грунт стал составлять 25–28 см, что и подтверждают практические измерения. Такая толщина слоя уплотнения соизмерима с уплотняющей способностью пневмоколесных катков весом не менее 25–30 т.

Если к этому добавить существенно большую толщину уплотняемого слоя несвязных грунтов виброкатками и более высокую их эксплуатационную производительность, станет понятно, почему прицепные и полуприцепные пневмоколесные катки для уплотнения грунтов стали постепенно исчезать и сейчас практически не выпускаются или выпускаются редко и мало.

 

Наши дни

Таким образом, в современных условиях основным грунтоуплотняющим средством в дорожной отрасли подавляющего большинства стран мира стал самоходный одновальцовый виброкаток, шарнирно-сочлененный с одноосным пневмоколесным тягачом и имеющий в качестве рабочего органа гладкий (для несвязных и малосвязных мелкозернистых и крупнозернистых грунтов, в том числе скально-крупнообломочных) или кулачковый валец (связные грунты).

Сегодня в мире имеется более 20 фирм, выпускающих около 200 моделей таких грунтоуплотняющих катков различных типоразмеров, отличающихся друг от друга общим весом (от 3,3–3,5 до 25,5–25,8 т), весом вибровальцового модуля (от 1,6–2 до 17–18 т) и своими габаритами. Есть также некоторое различие в устройстве вибровозбудителя, в параметрах вибрации (амплитуда, частота, центробежная сила) и в принципах их регулирования. И конечно перед дорожником могут возникать, как минимум, два вопроса – как правильно выбрать подходящую модель подобного катка и как наиболее эффективно с ее помощью осуществить качественное уплотнение грунта на конкретном практическом объекте и с наименьшими издержками.

 

Типы грунтов и варианты их уплотнения

При решении таких вопросов следует предварительно, но достаточно точно установить те преобладающие типы грунтов и их состояние (гранулометрический состав и влажность), для уплотнения которых подбирается виброкаток. Особенно, или в первую очередь, следует обратить внимание на наличие в составе грунта пылеватых (0,05–0,005 мм) и глинистых (меньше 0,005 мм) частиц, а также на относительную его влажность (в долях оптимального ее значения). Эти данные дадут первые представления об уплотняемости грунта, возможном способе его уплотнения (чисто вибрационный или силовой виброударный) и позволят остановить свой выбор на виброкатке с гладким или кулачковым вальцом. Влажность грунта и количество пылеватых и глинистых частиц существенным образом влияют на прочностные и деформационные его свойства, а, следовательно, и на необходимую уплотняющую способность выбираемого катка, т.е. его способность обеспечить требуемый коэффициент уплотнения (0,95 или 0,98) в слое отсыпки грунта, задаваемом технологией устройства земляного полотна.

Большинство современных виброкатков работает в определенном виброударном режиме, выраженном в большей или меньшей степени в зависимости от их статического давления и вибрационных параметров. Поэтому уплотнение грунта, как правило, происходит под воздействием двух факторов:

• вибраций (колебаний, сотрясений, шевелений), вызывающих снижение или даже разрушение сил внутреннего трения и небольшого сцепления и зацепления между частицами грунта и создающих благоприятные условия для эффективного смещения и более плотной переупаковки этих частиц под воздействием собственного веса и внешних сил;
• динамических сжимающих и сдвигающих усилий и напряжений, создаваемых в грунте кратковременными, но частоударными нагружениями.

В уплотнении сыпучих несвязных грунтов основная роль принадлежит первому фактору, второй служит лишь положительным дополнением к нему. В связных грунтах, в которых силы внутреннего трения незначительны, а физико-механические, электрохимические и водно-коллоидные сцепления между мелкими частицами существенно выше и являются преобладающими, главным действующим фактором служит сила давления или напряжения сжатия и сдвига, а роль первого фактора становится второстепенной.

Исследованиями российских специалистов по механике и динамике грунтов в свое время (1962–64 гг.) было показано, что уплотнение сухих или почти сухих песков при отсутствии внешней их пригрузки начинается, как правило, при любых слабых вибрациях с ускорениями колебаний не менее 0,2g (g – земное ускорение) и завершается практически полным их уплотнением при ускорениях около 1,2–1,5g.

Для тех же оптимально влажных и водонасыщенных песков диапазон эффективных ускорений несколько выше – от 0,5g до 2g. При наличии внешней пригрузки с поверхности или при нахождении песка в зажатом состоянии внутри грунтового массива его уплотнение начинается лишь с некоторого критического ускорения, равного 0,3–0,4g, с превышением которого процесс уплотнения развивается более интенсивно.

Примерно в то же время и почти точно такие же результаты на песках и гравии были получены в экспериментах фирмы «Dynapac», в которых с помощью лопастной крыльчатки было показано также, что сопротивление сдвигу этих материалов в момент их вибрирования может снижаться на 80–98%.

На основании таких данных можно построить две кривые – изменения критических ускорений и затухания действующих от виброплиты или вибровальца ускорений грунтовых частиц с удалением от поверхности, где располагается источник колебаний. Точка пересечения этих кривых даст интересующую глубину эффективного уплотнения песка или гравия.

Рис. 1. Кривые затухания ускорения колебаний частиц песка при уплотнении катком ДУ-14

На рис. 1 показаны две кривые затухания ускорений колебаний частиц песка, зафиксированные специальными датчиками, при его уплотнении прицепным виброкатком ДУ-14 (Д-480) на двух рабочих скоростях. Если принять для песка внутри грунтового массива критическое ускорение 0,4–0,5g, то из графика вытекает, что толщина прорабатываемого слоя таким легким виброкатком составляет 35–45 см, что неоднократно подтверждено полевым контролем плотности.

Недостаточно или плохо уплотненные сыпучие несвязные мелкозернистые (песчаные, песчано-гравийные) и даже крупнозернистые (скально-крупнообломочные, гравийно-галечниковые) грунты, уложенные в земляное полотно транспортных сооружений, довольно быстро обнаруживают свою низкую прочность и устойчивость в условиях различного рода сотрясений, ударов, вибраций, которые могут возникать при движении тяжелого грузового автомобильного и железнодорожного транспорта, при работе всевозможных ударных и вибрационных машин по забивке, например, свай или виброуплотнению слоев дорожных одежд и т.п.

Частота вертикальных колебаний элементов дорожной конструкции при проезде грузового автомобиля на скорости 40–80 км/ч составляет7–17 Гц, а одиночный удар трамбующей плиты весом 1–2 т по поверхности грунтовой насыпи возбуждает в ней как вертикальные с частотой от 7–10 до 20–23 Гц, так и горизонтальные колебания с частотой, составляющей около 60% от вертикальных.

В недостаточно устойчивых и чувствительных к вибрациям и сотрясениям грунтах такие колебания способны вызывать деформации и заметные осадки. Поэтому не только целесообразно, но и необходимо их уплотнять вибрационными или любыми другими динамическими воздействиями, создавая в них колебания, сотрясения и шевеление частиц. И совершенно бессмысленно уплотнять такие грунты статической укаткой, что довольно часто можно было наблюдать на серьезных и крупных автодорожных, железнодорожных и даже гидротехнических объектах.

Кулачковый виброкаток 3412 фирмы HAMM

Многочисленные попытки уплотнить пневмоколесными катками маловлажные одноразмерные пески в насыпях железных и автомобильных дорог и аэродромов в нефтегазоносных районах Западной Сибири, на белорусском участке автодороги Брест–Минск–Москва и на других объектах, в Прибалтике, Поволжье, Республике Коми и Ленинградской обл. не давали требуемых результатов по плотности. Лишь появление на этих стройках прицепных виброкатков А-4, А-8 и А-12 помогло справиться с этой острой в свое время проблемой.

Еще нагляднее и острее по своим неприятным последствиям может оказаться ситуация с уплотнением сыпучих крупнозернистых скально-крупнооблочных и гравийно-галечниковых грунтов. Устройство насыпей, в том числе высотой 3–5 м и даже более, из таких прочных и устойчивых к любым погодно-климатическим проявлениям грунтов с добросовестной их укаткой тяжелыми пневмоколесными катками (25 т), казалось бы, не давало серьезных поводов для беспокойства строителям, к примеру, одного из карельских участков федеральной автомобильной дороги «Кола» (Санкт–Петербург–Мурманск) или «знаменитой» в СССР железнодорожной Байкало-Амурской магистрали (БАМ).

Однако сразу же после пуска их в эксплуатацию стали развиваться неравномерные локальные просадки неправильно уплотненных насыпей, составившие в отдельных местах автодороги 30–40 см и исказившие до «пилообразного» с высокой аварийностью общий продольный профиль железнодорожного полотна БАМа.

Несмотря на схожесть общих свойств и поведения мелкозернистых и крупнозернистых сыпучих грунтов в насыпях, их динамическое уплотнение следует выполнять разными по весу, габаритам и интенсивности вибровоздействий вибрационными катками.

Одноразмерные пески без примесей пыли и глины очень легко и быстро переупаковываются даже при незначительных сотрясениях и вибрациях, но они обладают незначительным сопротивлением сдвигу и очень низкой проходимостью по ним колесных или вальцовых машин. Поэтому уплотнять их следует легкими по весу и крупными по габаритам виброкатками и виброплитами с малым контактным статическим давлением и средним по интенсивности вибрационным воздействием, чтобы не снижалась толщина уплотняемого слоя.

Использование на одноразмерных песках среднего А-8 (вес 8 т) и тяжелого А-12 (11,8 т) прицепных виброкатков приводило к чрезмерному погружению вальца в насыпь и выдавливанию песка из-под катка с образованием перед ним не только вала грунта, но и перемещающейся за счет «бульдозерного эффекта» сдвиговой волны, заметной глазу на расстоянии до 0,5–1,0 м. В итоге приповерхностная зона насыпи на глубину до 15–20 см оказывалась разрыхленной, хотя плотность нижележащих слоев имела коэффициент уплотнения 0,95 и даже выше. У легких виброкатков разрыхленная приповерхностная зона может понизиться до 5–10 см.

Очевидно можно, а в ряде случаев и целесообразно, на таких одноразмерных песках использовать средние и тяжелые виброкатки, но имеющие прерывистую поверхность вальца (кулачковую или решетчатую), что позволит улучшить проходимость катка, уменьшить сдвиг песка и снизить до 7–10 см разрыхляемую зону. Об этом свидетельствует успешный опыт автора по уплотнению насыпей из таких песков зимой и летом в Латвии и Ленинградской обл. даже статическим прицепным катком с решетчатым вальцом (вес 25 т), обеспечившим толщину уплотняемого до 0,95 слоя насыпи до 50–55 см, а также положительные результаты уплотнения этим же катком одноразмерных барханных (мелких и полностью сухих) песков в Средней Азии.

Крупнозернистые скально-крупнообломочные и гравийно-галечниковые грунты, как показывает практический опыт, тоже успешно уплотняются виброкатками. Но вследствие того, что в их составе имеются, а иногда и преобладают крупные куски и глыбы размером до 1,0–1,5 м и более, сдвинуть, расшевелить и переместить которые, обеспечивая тем самым требуемые плотность и устойчивость всей насыпи, не так-то легко и просто.

Поэтому на таких грунтах должны использоваться крупные, тяжелые, прочные и с достаточной интенсивностью виброударного воздействия гладковальцовые виброкатки весом прицепной модели или вибровальцового модуля у шарнирно-сочлененного варианта не менее 12–13 т.

Толщина прорабатываемого слоя таких грунтов подобными катками может достигать 1–2 м. Практикуются же такого рода отсыпки в основном на крупных гидротехнических и аэродромных стройках. В дорожной отрасли они встречаются редко, и поэтому дорожникам нет особой надобности и целесообразности приобретать гладковальцовые катки с весом рабочего вибровальцового модуля тяжелее 12–13 т.

Куда важнее и серьезнее для российской дорожной отрасли является задача уплотнения мелкозернистых смешанных (песок с тем или иным количеством примесей пыли и глины), просто пылеватых и связных грунтов, чаще встречающихся в повседневной практике, чем скально-крупнообломочные и их разновидности.

Особенно много хлопот и неприятностей возникает у подрядчиков с пылеватыми песками и с чисто пылеватыми грунтами, довольно широко распространенными во многих местах России.

Специфика этих непластичных малосвязных грунтов состоит в том, что при высокой их влажности, а таким переувлажнением «грешит» в первую очередь Северо-Западный регион, под влиянием движения автотранспорта или уплотняющего воздействия виброкатков они переходят в «разжиженное» состояние вследствие низкой их фильтрационной способности и возникающего повышения порового давления при избытке влаги.

С понижением влажности до оптимальной такие грунты сравнительно легко и хорошо уплотняются средними и тяжелыми гладковальцовыми виброкатками с весом вибровальцового модуля 8–13 т, для которых уплотняемые до требуемых норм слои отсыпки могут составлять 50–80 см (в переувлажненном состоянии толщины слоев понижаются до 30–60 см).

Если в песчаных и пылеватых грунтах появляются заметное количество глинистых примесей (не менее 8–10%), они начинают проявлять значительную связность и пластичность и по своей способности к уплотнению приближаются к глинистым грунтам, которые совсем плохо или вообще не поддаются деформированию чисто вибрационным способом.

Исследованиями профессора Хархуты Н. Я. показано, что при уплотнении таким способом практически чистых песков (примесей пыли и глины менее 1%) оптимальная толщина слоя, уплотняемого до коэффициента 0,95, может доходить до 180–200% от минимального размера контактной площадки рабочего органа вибромашины (виброплита, вибровалец с достаточными контактными статическими давлениями). С повышением содержания в песке указанных частиц до 4–6% оптимальная толщина прорабатываемого слоя сокращается в 2,5–3 раза, а при 8–10% и более достичь коэффициента уплотнения 0,95 вообще невозможно.

Очевидно, в таких случаях целесообразно или даже необходимо переходить на силовой способ уплотнения, т.е. на использование современных тяжелых виброкатков, работающих в виброударном режиме и способных создавать в 2–3 раза более высокие давления, чем, например, статические пневмоколесные катки с давлением на грунт 6–8 кгс/см².

Чтобы происходило ожидаемое силовое деформирование и соответствующее уплотнение грунта, создаваемые рабочим органом уплотняющей машины статические или динамические давления должны быть как можно ближе к пределам прочности грунта на сжатие и сдвиг (около 90–95%), но и не превышали его. Иначе на контактной поверхности появятся трещины сдвигов, выпоры и другие следы разрушения грунта, которые к тому же будут ухудшать условия передачи в нижележащие слои насыпи необходимых для уплотнения давлений.

Прочность связных грунтов зависит от четырех факторов, три из которых относятся непосредственно к самим грунтам (гранулометрический состав, влажность и плотность), а четвертый (характер или динамичность прикладываемой нагрузки и оцениваемый скоростью изменения напряженного состояния грунта или, с некоторой неточностью, временем действия этой нагрузки) относится к воздействию уплотняющей машины и реологическим свойствам грунта.

Кулачковый виброкаток
фирмы BOMAG

С увеличением содержания глинистых частиц прочность грунта возрастает до 1,5–2 раз по сравнению с песчаными грунтами. Реальная влажность связных грунтов является очень важным показателем, влияющим не только на прочность, но и на их уплотняемость. Наилучшим образом такие грунты уплотняются при так называемом оптимальном содержании влаги. С превышением реальной влажностью этого оптимума снижается прочность грунта (до 2 раз) и существенным образом понижается предел и степень возможного его уплотнения. Наоборот, с уменьшением влажности ниже оптимального уровня предел прочности резко возрастает (при 85% от оптимальной – в 1,5 раза, а при 75% – до 2 раз). Вот почему так трудно уплотнять маловлажные связные грунты.

По мере уплотнения грунта растет и его прочность. В частности, по достижении в насыпи коэффициента уплотнения 0,95 прочность связного грунта повышается в 1,5–1,6 раза, а при 1,0 – в 2,2–2,3 раза по сравнению с прочностью в начальный момент уплотнения (коэффициент уплотнения 0,80–0,85).

У глинистых грунтов, обладающих выраженными реологическими свойствами вследствие их вязкости, динамическая прочность на сжатие может возрасти в 1,5–2 раза при времени их нагружения 20 мсек (0,020 сек), что соответствует частоте приложения виброударной нагрузки 25–30 Гц, а на сдвиг – даже до 2,5 раз по сравнению со статической прочностью. При этом динамический модуль деформации таких грунтов повышается до 3–5 раз и более.

Это свидетельствует о необходимости прикладывать к связным грунтам более высокие уплотняющие давления динамического характера, чем статического, чтобы получить одну и ту же деформацию и результат уплотнения. Очевидно поэтому некоторые связные грунты можно было эффективно уплотнять статическими давлениями 6–7 кгс/см² (пневмокатки), а при переходе на их трамбование потребовались динамические давления порядка 15–20 кгс/см².

Такое различие обусловлено разной скоростью изменения напряженного состояния связного грунта, при росте которой в 10 раз его прочность повышается в 1,5–1,6 раза, а в 100 раз – до 2,5 раз. У пневмоколесного катка скорость изменения контактных давлений во времени составляет 30–50 кгс/см²*сек, у трамбовок и виброкатков – около 3000–3500 кгс/см²*сек, т.е. повышение составляет 70–100 раз.

Для правильного назначения функциональных параметров виброкатков в момент их создания и для управления технологическим процессом выполнения этими виброкатками самой операции уплотнения связных и других разновидностей грунтов крайне важно и необходимо знать не только качественное влияние и тенденции изменения пределов прочности и модулей деформации этих грунтов в зависимости от их грансостава, влажности, плотности и динамичности нагрузки, но и иметь конкретные значения этих показателей.

Такие ориентировочные данные по пределам прочности грунтов с коэффициентом плотности 0,95 при статическом и динамическом их нагружении установлены профессором Хархутой Н. Я. (табл. 1).

Cпособ уплотнения Тип грунта несвязный и малосвязный (песчаный, супесчаный, в т.ч. пылеватый) среднесвязный (суглинок легкий) связный (суглинок тяжелый) высокосвязный (глина) Статический (пневмокаток) 3–4 5–6 7–8 9–12 Динамический (виброкаток, трамбовка) 5–7 9–12 14–18 20–25

Таблица 1
Пределы прочности (кгс/см²) грунтов с коэффициентом уплотнения 0,95
и оптимальной влажностью

Уместно отметить, что с повышением плотности до 1,0 (100 %) динамическая прочность на сжатие некоторых высокосвязных глин оптимальной влажности возрастет до 35–38 кгс/см². При снижении же влажности до 80% от оптимальной, что может быть в теплых, жарких или засушливых местах ряда стран, их прочность может достигать еще больших значений – 35–45 кгс/см² (плотность 95%) и даже 60–70 кгс/см² (100%).

Конечно, уплотнять подобные высокопрочные грунты можно только тяжелыми виброударными кулачковыми катками. Контактных давлений гладковальцовых виброкатков даже для обычных суглинков оптимальной влажности будет явно недостаточно, чтобы получить требуемый нормативами результат уплотнения.

До недавнего времени оценка или расчет контактных давлений под гладким или кулачковым вальцом статического и вибрационного катка производились очень упрощенно и приближенно по косвенным и не очень обоснованным показателям и критериям.

На основе теории колебаний, теории упругости, теоретической механики, механики и динамики грунтов, теории размерностей и подобия, теории проходимости колесных машин и изучения взаимодействия вальцового штампа с поверхностью уплотняемого линейно-деформируемого слоя асфальтобетонной смеси, щебеночного основания и грунта земляного полотна получена универсальная и довольно простая аналитическая зависимость для определения контактных давлений под любым рабочим органом катка колесного или вальцового типа (пневмошинное колесо, гладкий жесткий, обрезиненный, кулачковый, решетчатый или ребристый валец):

σ_o – максимальное статическое или динамическое давление вальца;
Q_в – весовая нагрузка вальцового модуля;
R_o – общая сила воздействия вальца при вибродинамическом его нагружении;
R_o = Q_вK_d
E_o – статический или динамический модуль деформации уплотняемого материала;
h – толщина уплотняемого слоя материала;
В, Д – ширина и диаметр вальца;
σ_p – предел прочности (разрушения) уплотняемого материала;
K_d – коэффициент динамичности

Более подробная методология и пояснения к ней изложены в аналогичном сборнике-каталоге «Дорожная техника и технология» за 2003 г. Здесь уместно лишь указать, что в отличие от гладковальцовых катков при определении полной осадки поверхности материала δ₀, максимальной динамической силы R₀ и контактного давления σ₀ у кулачковых, решетчатых и ребристых катков используется эквивалентная гладковальцовому ширина их вальцов, а у пневмоколесных и обрезиненных катков – эквивалентный диаметр.

 

Выбор техники в зависимости от задачи (типа грунта)

В табл. 2 представлены результаты расчетов по указанной методике и аналитическим зависимостям основных показателей динамического воздействия, в том числе контактных давлений, гладковальцовых и кулачковых виброкатков ряда фирм с целью анализа их уплотняющей способности при отсыпке в земляное полотно одного из возможных типов мелкозернистых грунтов слоем 60 см (в рыхлом и плотном состоянии коэффициент уплотнения равен соответственно 0,85–0,87 и 0,95–0,96, модуль деформации Е₀ = 60 и 240 кгс/см², и значение реальной амплитуды колебаний вальца тоже соответственно a = A₀/A_∞ = 1,1 и 2,0), т.е. все катки имеют одинаковые условия для проявления своих уплотняющих способностей, что придает результатам расчета и их сравнения необходимую корректность.

ЗАО «ВАД» имеет в своем парке целую гамму исправно и эффективно работающих грунтоуплотняющих гладковальцовых виброкатков фирмы «Dynapac», начиная от самого легкого (СА152D) и кончая самым тяжелым (СА602D). Поэтому было полезно получить расчетные данные для одного из таких катков (СА302D) и сравнить с данными аналогичных и близких по весу трех моделей фирмы Hamm, созданных по своеобразному принципу (за счет увеличения пригруза колеблющегося вальца без изменения его веса и других показателей вибрации).

В табл. 2 представлены также некоторые наиболее крупные виброкатки двух фирм (Bomag, Orenstein and Koppel), в том числе кулачковые их аналоги, и модели широко использовавшихся ранее на автодорожных и гидротехнических стройках СССР (России) прицепных виброкатков (А-8, А-12, ПВК-70ЭА).

Фирма, модель виброкатка, тип вальца Режим вибрации Грунт рыхлый, Ку = 0,85–0,87 h = 60 см; Е0 = 60 кгс/см2 а = 1,1 Kd R0, тс pkd, кгс/см2 σod, кгс/см2 Dynapac, CA 302D, гладкий, Qвm = 8,1т Р0 = 14,6/24,9 тс слабый 1,85 15 3,17 4,8 сильный 2,12 17,2 3,48 5,2 Hamm 3412, гладкий, Qвm = 6,7т Р0 = 21,5/25,6 тс слабый 2,45 16,4 3,4 5,1 сильный 3 20,1 3,9 5,9 Hamm 3414, гладкий, Qвm = 8,2т P0m = 21,5/25,6 тс слабый 1,94 15,9 3,32 5 сильный 2,13 17,5 3,54 5,3 Hamm 3516, гладкий, Qвm = 9,3т P0m = 21,5/25,6 тс слабый 2,16 20,1 3,87 5,8 сильный 2,32 21,6 4,06 6,1 Bomag, BW 225D-3, гладкий, Qвm = 17,04т P0m = 18,2/33,0 тс слабый 1,43 24,4 4,24 6,4 сильный 1,69 28,6 4,72 7,1 Bomag, BW 225РD-3, кулачковый, Qвm = 16,44т P0m = 18,2/33,0 тс слабый 1,34 22 12,46 18,7 сильный 1,75 28,8 14,9 22,4 Orenstein and Koppel, SR25S, гладкий, Qвm = 17,57т P0m = 34/46 тс слабый 1,8 31,8 5 7,5 сильный 2,07 36,4 5,37 8,1 Orenstein and Koppel, SR25D, кулачковый, Qвm = 17,64т P0m = 34/46 тс слабый 1,74 30,7 15,43 23,1 сильный 2,14 37,7 17,73 26,6 Германия, А-8, гладкий, Qвm = 8т P0m = 18 тс один 1,75 14 3,14 4,7 Германия, А-12, гладкий, Qвm = 11,8т P0m = 36 тс один 2,07 24,4 4,21 6,3 Россия, ПВК-70ЭА, гладкий, Qвm = 22т P0m = 53/75 тс слабый 1,82 40,1 4,86 7,3 сильный 2,52 55,5 6,01 9,1

Фирма, модель виброкатка, т

Как выполняется уплотнение грунта щебнем?

Главная» Дачный фундамент

Перед закладкой фундамента на месте его расположения требуется подготовить прочное и надежное основание. Для этого выполняется уплотнение грунта щебнем. Такая подушка значительно увеличивает несущую способность основания, чем снижает нагрузки непосредственно на фундамент.

Какой щебень выбрать?

Область применения щебня определяется его фракцией. Для расчета количества материала и усадки необходимо определить коэффициент его уплотнения. Методы расчета приведены в ГОСТ 8267-93.

Щебень определенной фракции применяется:

мелкой – для обустройства садовых дорожек и декоративных элементов в ландшафтном дизайнесредней (20-40 мм) – для отсыпки подушки под фундамент, литья железобетонных конструкций;крупной (40-70) – для строительства дорог и отсыпки площадок на текучем грунте.

Технология уплотнения грунта под закладку фундамента для различных построек

Для возведения фундаментов под строительство «легких» (из древесины, газобетонных блоков) одноэтажных зданий нормативно-технической документацией рекомендуется использовать мелкие фракции (до 20 мм). При этом толщина подушки должна быть в пределах 100-500 мм, а отсыпка осуществляется поочередно из щебня и песка крупной или средней фракции.

Уплотнение будет одновременно служить и выравнивающей подушкой, поэтому каждый слой щебня необходимо тщательно утрамбовывать.

Грунт под закладку ленточного монолитного фундамента лучше всего уплотнять щебнем средней фракции.

При толщине фундамента 500 мм подушка шириной в 900 мм будет идеальным вариантом, так как обеспечит требуемый строительными нормами зазор в 200 мм. А при условии грамотного уплотнения кроме основной функции будет дополнительно служить теплоизоляцией и дренажной системой. Это способствует увеличению срока эксплуатации фундамента и здания в целом.

Чем трамбовать?

Утрамбовывать щебень можно посредством тяжелого катка. Он многократно проезжает по поверхности и под его давлением грунт уплотняется.

Большой популярностью сегодня пользуется виброинструмент – трамбовки, плиты и катки. Они позволяют более эффективно уплотнить грунт и существенно ускоряют процесс.

В домашних условиях можно использовать ручную трамбовку, допускается применение самодельного инструмента.

Категория:

Машины для земляных работ

Машины для уплотнения грунтов, дорожных оснований и покрытий

Для искусственного уплотнения грунтов, гравийно-щебеночных оснований и асфальтобетонных смесей при сооружении земляного полотна оснований и покрытий городских дорог, площадей и улиц применяют широкую номенклатуру машин, осуществляющих уплотнение укаткой, трамбовкой и вибрацией. При уплотнении частицы грунта или материала смещаются и укладываются более компактно за счет вытеснения жидкой и газообразной фаз, что приводит к уменьшению объема грунта (материала) и формированию более плотной и прочной его структуры.

При укатке уплотнение происходит под статическим действием массы катка, перекатывающегося по уплотняемой поверхности. При трамбовании уплотнение грунта достигается динамическим воздействием падающего на уплотняемый материал груза. При вибрационном уплотнении вибрирующая масса сообщает колебательные движения частицам материала, в результате чего он получает большую подвижность и уплотняется.

Укатка производится прицепными, полуприцепными и самоходными катками с металлическими (гладкими, решетчатыми и кулачковыми) вальцами и колесами с пневматическими шинами.

Прицепные кулачковые катки (рис. 4.57, а) предназначены для послойного уплотнения связных и комковатых грунтов и имеют рабочие органы в виде кулачков специальной формы, прикрепленных к съемным бандажам, надетым на полый барабан, заполняемый балластом (обычно песком). Налипающий на кулачки грунт счищается скребками.

Рис. 4.57. Схемы машин для уплотнения грунтов и дорожных покрытий

Катки выпускаются массой 6…30 т и различаются между собой размерами барабанов, числом, формой и величиной кулачков.

Пневмоколесные катки осуществляют уплотнение смонтированными в один ряд на одной или двух осях пневмоколесами, прнгруженными балластом, и могут быть прицепными (рис. 4.57, о), полуприцепными (рис.

4.57. в) и самоходными (рис. 4.57, г).

Прицепные и полуприцепные катки применяют для послойного уплотнения связных и несвязных грунтов, самоходные — в основном для уплотнения дорожных оснований и покрытий. Прицепные катки имеют общую массу (с балластом) 12,5…42,5 т, уплотняют полосу шириной 2,2…3,3 м при толщине уплотняемого слоя 0,25…0,5 м. Полуприцепные (к одноосным тягачам и пневмоколесным тракторам) катки производительнее и маневреннее прицепных и выпускаются массой 15…45 т.

Каждое пневмоколесо прицепных и полуприцепных катков нагружается индивидуальным балластом, имеющим свободное перемещение вместе с колесом в вертикальной плоскости. Это обеспечивает постоянную передачу давления на грунт каждым колесом независимо от неровностей уплотняемой поверхности. Полуприцепные катки движутся со скоростью до 11 км/ч и уплотняют полосу шириной до 2,6 м.

Самоходные пневмоколесные катки имеют массу 16…30 т и уплотняют полосу шириной 1,6…2,2 м. Рабочим органом самоходного катка являются передние управляемые и задние ведущие пневмоколеса, взаимная расстановка которых позволяет получать сплошную полосу уплотняемого материала. При работе каток движется челночным способом со скоростью 3…4 км/ч.

Прицепные и самоходные вибрационные катки в 8… 10 раз эффективнее катков статического действия и применяются для уплотнения несвязных и малосвязных грунтов и материалов. Под действием вибрации значительно снижаются силы трения и сцепления между частицами уплотняемого материала, который становится более подвижным. Прицепные катки выпускают со взаимозаменяемыми гладкими, кулачковыми решетчатыми вальцами.

Внутри пустотелого вальца прицепного катка (рис. 4.57, д) имеется мощный вибратор направленных колебаний, приводимый в действие от установленного на раме катка двигателя внутреннего сгорания через клиноременную передачу 8. Общая масса прицепных виброкатков 3,6…12 т.

Самоходные виброкатки выпускают одно-, двух- и трехвальцо-выми.

Встроенные вибраторы имеют ведущие вальцы. Привод вибраторов — механический и гидравлический. Масса самоходных виброкатков до 18 т, вынуждающая сила 20…50 кН.

Они уплотняют полосу шириной до 1,5 м при скорости рабочего хода 6… 10 км/ч. Малогабаритные двухвальцовые виброкатки массой 0,8… 1,4 т применяют для уплотнения грунтов и покрытий в стесненных условиях при малых объемах работ. Они выпускаются с ручным и рулевым управлением, оборудуются механическими возбудителями колебаний и уплотняют полосу шириной до 0,8 м.

Самоходные комбинированные катки оборудуются ведущим вальцом из пневмомашин и гладким металлическим вибровальцом. Оба вальца имеют шарнирно сочлененную раму. Высокая эффективность уплотнения грунтов и дорожно-строительных материалов достигается за счет последовательного воздействия вибрации и статической нагрузки.

Привод ведущих пневмоколес и вибровозбудителя — гидравлический. Вынуждающая сила вибровозбудителя регулируется в широком диапазоне в зависимости от условий укатки и достигает 150…200 кН. Производительность комбинированных катков при уплотнении несвязных грунтов до 1000 м3/ч.

Трамбующие машины послойно уплотняют насыпные тяжелые связные и несвязные грунты слоями 1…1.5 м, а также грунты в естественном залегании свободно падающими массивными трамбующими органами в виде железобетонных и чугунных плит круглой или квадратной в плане формы с площадью опорной поверхности около 1 м2. Необходимая плотность насыпного грунта достигается за 3…6 ударов плиты по одному месту.

Трамбование осуществляется циклично или непрерывно. Цикличное уплотнение грунта обеспечивается плитами массой 1… 1,5 т, подвешенными на стропах к подъемному канату (рис. 4.57, е) экскаватора-драглайна или стрелового самоходного крана.

Плиты поднимают” грузовой лебедкой на высоту 1…2 м и сбрасывают на уплотняемый грунт. Частота ударов не превышает 0,05…0,1 с1, энергия единичного удара — 10… 15 кДж. Трамбующие машины цикличного действия применяют в основном для работы в стесненных условиях на объектах с небольшими объемами работ.

Для уплотнения грунтов на объектах с широким фронтом работ используют самоходные трамбующие машины непрерывного действия на базе гусеничных тракторов класса с ходоуменьши-телями. Рабочим органом таких машин (рис.

4.57, ж) являются две чугунные плиты массой 1,3… 1,4 т, перемещающиеся по направляющим штангам 13. При движении трактора на пониженных скоростях (80…200 м/ч) плиты автоматически поочередно падают после подъема на высоту 1,1…1,3 м на поверхность грунта и уплотняют полосу шириной, равной захвату обеих плит. Частота ударов плит составляет 0,4…0,5 с-1, энергия единичного удара 14… 16 кДж.

Производительность самоходных машин достигает 500 м2/ч. Динамические нагрузки, возникающие при работе трамбующих машин со свободно падающим грузом, вредно влияют на базовую машину, а также расположенные поблизости сооружения и подземные коммуникации.

При выполнении небольших объемов работ по уплотнению несвязных грунтов, щебня и гравия в стесненных условиях применяют самопередвигающиеся вибрационные трамбующие плиты (рис. 4.57, з) с рабочим органом в виде поддона (плиты) 14, на котором установлены один или два двухдебалансных вибратора 15 направленного действия.

Привод вибраторов осуществляется от электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания. При работе вибраторов происходит уплотнение грунта и одновременное самостоятельное перемещение виброплиты в заданном направлении под воздействием горизонтальной составляющей вынуждающей силы. Масса виброплит составляет 250… 1400 кг, вынуждающая сила — 12,5…63 кН.

Развитие уплотняющих машин идет в направлении расширения производства пневмоколесных и комбинированных катков, трамбовочных машин ударного и вибрационного действия, повышения эффективности уплотняющих органов, применения многорежимных вибрационных уплотняющих органов с регулируемыми параметрами, применения гидравлических приводных систем и трансмиссий уплотняющего оборудования, максимальной унификации машин, автоматизации управления машинами, снижения уровня вибрации и шума.

Читать далее: Оборудование для свайных работ в строительстве

Категория:- Машины для земляных работ

Главная→ Справочник → Статьи → Форум

Грунты уплотняют для увеличения их несущей способности. К механическим способам уплотнения грунтов относятся укатка, трамбование, вибрирование и комбинированный способ. При выборе метода уплотнения грунтов и типа грунтоуплотняющих машин следует учитывать свойства грунта (гранулометрический состав, влажность, степень однородности, требуемую плотность), а также объем работ, время года, особенности выполнения подготовительных и вспомогательных работ и другие факторы.

Работы по уплотнению грунтов ведутся при их влажности, близкой к оптимальной, т. е. при которой достигается наибольший эффект уплотнения.

Величина оптимальной влажности принимается:

– для песка мелкого и средней крупности — 10—15%;– для песка пылеватого — 14—23%;– для супесей — 9—15%;– для суглинков — на 1% и для глин — на 2% ниже влажности на границе раскатывания.

Увлажнение грунта и доведение его влажности до оптимальной производится поливочной машиной или из шлангов.

При этом перед укладкой первого слоя должно производиться разрыхление поверхности основания на глубину не менее 5 см, а отсыпка последующего слоя должна выполняться с перемешиванием и разравниванием грунта. Если величина оптимальной влажности превышает верхний предел более чем на 20%, то необходимо подсушить грунт рыхлением или боронованием, после чего производить уплотнение грунта. Если подсушка грунта не достигает цели, то следует усилить основание втрамбовкой в него щебня или гравия.

Несвязные и малосвязные грунты увлажняются в отсыпном слое незадолго до уплотнения.

Поверхность земляного сооружения следует разделять на участки, на каждом из которых последовательно укладывают, разравнивают, увлажняют и уплотняют грунт. Все участки с одинаковыми условиями работы должны быть равновеликими по площади.

II.2.2. Технология уплотнения грунтов укаткой

Уплотняют грунты укаткой катками на пневмоколесном ходу и кулачковыми, а также транспортными и землеройно-транспортными машинами. Катками с гладкими вальцами укатывают грунты, главным образом на завершающей стадии уплотнения верхнего слоя насыпи, который может служить основанием дорожной одежды. Катками на пневмоколесном ходу могут быть уплотнены все виды грунтов.

Кулачковые катки рекомендуется применять для уплотнения глины, суглинков и глинистых грунтов с примесью щебня и гравия, а также комковатых грунтов. Использовать кулачковые катки для уплотнения песков, сланцевых глин и сильно увлажненных глинистых грунтов не следует. Нельзя применять кулачковые катки для доуплотнения уже сравнительно плотных грунтов и особенно при недостаточной их влажности.

На больших площадках при выполнении работ по вертикальной планировке территории застройки лучше применять схему движения катком по замкнутому кругу. На насыпях, где исключается возможность разворота катка и устройства въездов, следует использовать челночную схему движения. На рис.

II-1, а, бприведены схемы производства работ с разворотом катка на участке (рис. II-1, а) и со съездом (рис. II-1, б).

Количество ходов катка на пневмоколесном ходу по одной полосе может быть ориентировочно принято 2—3 для песчаных грунтов, 3—4 для супесчаных грунтов и 5—6 для суглинистых и тяжелосуглинистых грунтов.

Уплотнять грунт самоходным катком обратной засыпки в стесненных условиях рекомендуется по схеме, указанной на рис.

II-2. При этом уплотняемый грунт разравнивают малогабаритным бульдозером, а в особо стесненных условиях — вручную. Грунт вначале уплотняют трамбовками по обеим сторонам фундамента на ширину 0,8 м от его обреза, а затем ходами катка — челночным способом — полосами, перекрывающими одна другую на 0,1 м.

Рис. II-1.Схема производства работ по уплотнению грунтов каткамиа — при развороте катка на участке; б — при развороте катка со съездом с участка; 1 — оси, номера и направления проходов катка; 2 — общее направление работ на укатке; 3 — перекрытие полос при укатке; 4 — ось насыпи; 5 — ширина насыпи; 6 — разворот катка; 1 : m — крутизна откосов насыпиРис. II-2.Схема работ по уплотнению грунтов обратной засыпки самоходным катком1 — зона уплотнения грунта трамбующей машиной; 2 — зона уплотнения грунта малогабаритным катком; 3 — направление движения катка

На рис. II-3 приведена схема производства работ по уплотнению основания под фундаменты зданий и сооружений самоходным катком.

Рис. II-3.Схема производства работ по уплотнению основания фундаментов под здания и сооружения самоходным катком1 — уплотненный грунт; 2 — уплотняемая песчаная подушка; 3 — малогабаритный самоходный каток; 4 — ось движения катка; 5 — перекрытие катком смежного уплотняемого слоя грунта

Уплотнять грунт можно и транспортными средствами.

Послойная отсыпка грунта, его разравнивание и уплотнение, а также движение транспортных средств по спланированному слою возможны при кольцевой езде машин или с разворотом их на насыпи. С этой целью необходимо разделить насыпь на две равные прлосы. Автосамосвалы, двигаясь равномерно по всей ширине одной полосы, разгружают грунт на другую полосу.

После того как грунт будет завезен на первую полосу почти полностью (кроме последних 5—10 м), бульдозер разравнивает и планирует его. Затем автосамосвалы переезжают на другую полосу и т. д.

Схема отсыпки и уплотнения насыпи автосамосвалами приведена на рис. II-4.

Рис. II-4.Схема отсыпки и уплотнения грунта автосамосваломI — зона отсыпки грунта; II — зона движения самосвалов; 1 — направление движения груженых самосвалов; 2 — подача автосамосвалов под разгрузку; 3 — отсыпка грунта; 4 — выравнивание грунта бульдозером

Уплотнение грунта щебнем используется для подготовки прочных оснований для укладки фундаментов. Включает в себя процессы, в основе которых лежит обеспечение контакта основания с нижними слоями фундамента и доведения несущих свойств грунта до указанных в проекте. При этом в процессе используются технологии вибрирования, глубинной утрамбовки и гидровибрирования.

Схема уплотнения грунта при засыпке траншей.

Уплотнение грунта щебнем

Необходимые материалы и инструменты:

щебень;экскаватор;бульдозер;каток;гидровиброуплотнитель;лопаты;виброплита;известь;вода;грунт;кирпичный щебень.

Перед началом работ по уплотнению первым делом проводят исследование состава грунта участка, который выделен под застройку. Проводят бурение на глубину 0,5-0,7 м (это глубина промерзания почвы) и берут образцы. С помощью этих проб устанавливают вид грунта, глубину залегания грунтовых вод и наличие на данном участке плавунов.

Cхема послойного уплотнения грунта катком.

Если все показатели лабораторных исследований в норме и особых противопоказаний для проведения застройки не найдено, начинают подготовку поверхности для засыпки ее щебнем. Можно использовать и гравий.

Копают котлованы и траншеи. В промышленных условиях это делается с помощью бульдозеров и экскаваторов, в домашних – с помощью лопаты. В зависимости от свойств почвы проводят ее осушение или увлажнение.

Боковые стены и углы котлованов фиксируют, чтобы не допустить ссувов грунта. Засыпают щебень и начинают процесс трамбовки с помощью катков. Средняя глубина уплотнения – 0,5 м.

Существуют тяжелые виды трамбовки, при которых грунт уплотняется на 1,5-2,5 м. При этом количество щебня исчисляется тоннами. Процесс трамбовки не прекращается до тех пор, пока основание не перестает проседать.

Для песчаных почв уплотнение грунта происходит методом вибрирования. Для этого используются специальные виброплиты. Обычные виброплиты способны уплотнить основание на 0,5 м, а самоходные тяжелые – на 1 м.

Немаловажную роль в этом процессе имеет показатель влажности. Если грунт слишком жидкий, то при вибрировании он будет интенсивно прилипать к виброплитам. Тогда работа не даст никакого результата.

Чтобы избежать осложнений подобного рода, поверхность котлована покрывают известью, кирпичным щебнем или обычным сухим грунтом и продолжают работы. Также можно временно приостановить работы по утрамбовке и дать котловану просохнуть естественным путем. При недостатке влаги место проведения работ по уплотнению на сутки заливают водой.

Процесс глубинного уплотнения выполняется методом гидровибрирования.

В почву на глубину 2 м помещают блок гидровиброуплотнителя. Он производит вибрацию в течение 20-30 секунд, параллельно с его работой грунт насыщают водой. Он становится подвижным и хорошо уплотняется.

Блок извлекают, но при этом не прекращают подачу воды. Весь процесс длится 20-30 минут. Такое уплотнение грунта применяется для песчаных почв.

Проведение утрамбовки грунта щебнем в домашних условиях

Cхема послойного уплотнения грунта кулачковьм катком.

Для проведения работ по утрамбовке в домашних условиях нужно иметь необходимые инструменты и материалы:

щебень;лопаты;ручные катки;доски для возведения опалубки;емкости для измерения нужного количества щебня.

Должны быть получены результаты лабораторных исследований проб почвы с места застройки здания.

В домашних условиях нет спецтехники, поэтому все работы нужно делать вручную. Пробы грунта в обязательном порядке надо исследовать в лаборатории. Можно обратиться к специалисту.

Нужно четко знать вид грунта, находящегося на месте постройки, глубину залегания грунтовых вод и прочее. Это нужно не только для надежности постройки, но и для безопасности людей, которые будут проживать в этом здании. Если же грунт будет плохо исследован, то никакое его уплотнение не поможет построить надежное, прочное задание без тенденции к проседанию, то есть к усадке, которая может повлечь за собой непредсказуемые последствия.

Фракции щебня, вычисление коэффициента уплотнения щебня и метод расклинцовки

От фракции щебня зависит область его применения. Коэффициент уплотнения щебня используют для вычисления точного количества данного строительного материала. Причем эта величина зависит и от вида фракции щебня.

Коэффициент уплотнения щебня – это число, которое показывает степень уменьшения объема щебня при его транспортировке или трамбовке. Для каждого вида щебня существует маркировка, указанная в ГОСТе 8267-93. Там рекомендованы методы определения коэффициента уплотнения, который должен быть указан производителем при маркировке материала.

Степень уплотнения выполняют специалисты в лаборатории экспериментальным методом в течение 3 дней. Уплотнение можно определить и экспресс-методом прямо на строительной площадке. Для определения применяют плотномеры.

Фракции щебня.

Коэффициент уплотнения щебня необходим для вычисления:

массы приобретаемого щебня;степени усадки.

Масса определяется путем перемножения значений трех величин:

удельного веса;объема заполнения;коэффициента уплотнения.

Созданы специальные нормы, в которых указана средняя масса материала в зависимости от фракции.

Для ландшафтного дизайна (то есть для укладки садовых дорожек, декоративных деталей) используется щебень самой мелкой фракции. Средняя его фракция представляет собой обломки горных пород. Она используется для создания железобетонных изделий, фундамента, бетонных смесей, а также для строительства мостов, железнодорожных путей, дорог.

При устройстве оснований под постройку дорог, взлетных полос, мостов оно должно быть прочным и плотным, выдерживать большие нагрузки и сильные механические воздействия.

Для укладки более прочного основания применяют технологию расклинцовки. Это укладка основания из щебня, который состоит из смеси фракций разных размеров. Мелкие фракции заполняют пустоты между большими фракциями, образуя очень плотное основание.

Сначала выстилают крупную фракцию щебня или гравия.

Уплотняют специальными катками. Далее засыпается мелкая фракция и также уплотняется катком. Для уменьшения трения между отдельными кусочками весь процесс расклинцовки сопровождается поливами водой.

Насыпная плотность щебня, вычисление степени усадки

Физико-механические свойства шлакового щебня.

Насыпная плотность – величина, коэффициент которой учитывается при работе. Это отношение объема щебня к его массе, то есть это его плотность еще до начала процесса уплотнения. Чтобы замерять количество материала, используют сосуды по 50 л.

Проводят необходимые расчеты. От массы сосуда, наполненного сыпучим материалом, отнимают массу пустого сосуда и делят полученное число на объем пустого сосуда. Это метод расчета насыпной плотности сыпучих строительных материалов.

Уплотнение грунта сыпучим материалом – необходимый процесс при строительстве зданий. Эта технология помогает избежать усадки фундамента. Для создания качественного основания для строительства зданий необходима утрамбовка сыпучего материала.

Для утрамбовки используют спецтехнику, виброплиту и ручную трамбовку (при небольших объемах).

Для проверки качественных характеристик уплотнения существует специальный прибор. Методом нескольких ударов по поверхности своего диска он вычисляет степень усадки щебня. Если этот показатель в норме, можно спокойно продолжать строительные работы.

Определение коэффициента уплотнения грунта

При контроле качества выполнения земляных работ определяют степень уплотнения грунта.

Измерения выполняют в основании траншей и котлованов и при строительстве дорог. При этом определяют коэффициент уплотнения грунта. Он показывает степень соответствия фактической плотности грунта его максимальной плотности, до которой можно уплотнить грунт.

Например, если максимальная плотность скелета грунта – 1,95 т/м3, а после уплотнения плотность его на объекте составляет 1,88 т/м3, то для определения коэффициента уплотнения надо разделить фактическую плотность на максимальную: К упл = 1,88/1,95 = 0,96.

После определения коэффициента уплотнения грунта его значение сравнивают с нормативным значением, указанным в проекте, которое обычно равно 0,95 для низа земляного полотна и 0,98-1,0 для подстилающего слоя и верхних слоев земляного полотна.

В строительстве применяют методы определения коэффициента уплотнения грунта с использованием плотномеров статического и динамического типов и баллонных приборов. Измерения выполняют на стройплощадке, а в строительной лаборатории проводят вычисления и оформляют заключение. Таким образом уплотнение грунта будет выполнено правильно.

Благодаря современным методам контроля качества уплотнения грунтов, соответствующим строгим нормативным требованиям, улучшается качество проведения строительных работ.

Возможно вас заинтересует: Предлагаем ознакомиться с ценами на вторичный щебень фракций 5/20 и 20/40 – ecomostorf.ru, доставка.

Источники:

• samanka.ru
• stroy-technics.ru
• xn--h2aleim.xn--p1ai
• opt-stroy.net

Для чего необходимо уплотнение грунта?

С каким бы видом строительных или дорожно-строительных работ вы не столкнулись, будь то сооружение нового высотного здания, прокладка или ремонт дорог, или же какие-либо другие смежные виды работ, на начальных этапах каждого из них предстоит выполнить ряд земельных работ, среди которых немаловажное значение имеет уплотнение грунта. Данная процедура используется практически во всех видах строительных работ: железнодорожное, автодорожное, гидротехническое строительство, сооружение котлованов и траншей, а также при прокладке подземных коммуникаций. Таким образом, если вы знаете, для чего нужно уплотнение грунта, то выполнение любых строительных работ не будет представлять для вас особых трудностей.

Земельные работы при строительстве

Процедура уплотнение грунтов крайне необходима для того, чтобы уменьшить показатели неравномерности и осадки оснований различных сооружений, а также для обеспечения заданной плотности грунта. В процессе уплотнения грунта, уменьшается их фильтрационная способность и сжимаемость, а прочность значительно возрастает, что помогает обеспечить надёжную устойчивость любого воздвигаемого строительного объекта. Кроме того, при строительстве дорог, благодаря уплотнению грунтов можно избежать провалов и сильной деформации дорожного полотна.

Уплотнение грунтов осуществляется различными методами при использовании специализированного строительного оборудования, такого как катки, трамбовочные машины, экскаваторы и другие виды спецоборудования. Вся эта техника используется преимущественно для поверхностного уплотнения грунтов, однако экскаваторы могут быть применены и при глубинном уплотнении. В данном случае необходимо учитывать естественную влажность грунта, и при необходимости произвести дополнительное увлажнение для достижения оптимальной влажности.

С какой целью бы вы не осуществляли уплотнение грунтов, для этого вам обязательно понадобиться профессиональная строительная техника, которую вы можете арендовать в ОАО «Автобаза Ильинское». В автопарке нашей организации есть всё необходимое оборудование, с помощью которого выполнение даже самых трудоёмких работ будет значительно проще. Чтобы успешно осуществить все этапы строительства, необходимо не только иметь в распоряжении высококлассную технику, но также и знать технологию проведения работ, в том числе и для чего нужно уплотнение грунта.

В ОАО «Автобаза Ильинское» вы сможете арендовать любую технику для проведения земельных работ, а также для других строительных задач. Арендовать оборудование в нашей организации вы можете на любой срок, по самой низкой цене, при этом вы можете не сомневаться в качестве и надёжности предоставляемой вам техники.

Уплотнение почвы — методы испытаний и влияние на свойства почвы

Что такое уплотнение почвы?

Уплотнение почвы — это прижимание частиц почвы друг к другу механическими методами. Воздух во время уплотнения почвы вытесняется из пустот в почвенной массе, и поэтому плотность массы увеличивается.

Уплотнение грунта производится для улучшения инженерных свойств грунта. Уплотнение грунта требуется при строительстве земляных дамб, насыпей каналов, автомобильных дорог, взлетно-посадочных полос и многих других сооружений.

Методы определения уплотнения грунта

Стандартный тест Проктора на уплотнение почвы

Для оценки степени уплотнения почвы и содержания влаги, необходимых в поле, испытания на уплотнение проводятся на той же почве в лаборатории. Тест показывает зависимость между содержанием воды и плотностью в сухом состоянии.

Содержание воды, при котором достигается максимальная плотность в сухом состоянии, определяется по соотношению, полученному в результате испытаний. Проктор использовал стандартную форму с внутренним диаметром 4 дюйма и эффективной высотой 4 дюйма.6 дюймов вместимостью 1/30 кубических футов.

Форма имела съемную опорную плиту и съемную манжету высотой 2 дюйма наверху. Грунт утрамбовывался в форме в 3 слоя, на каждый слой было нанесено 25 ударов 5,5 фунтовой засыпки на высоту 12 дюймов.

IS: 2720 часть VII рекомендует по существу те же спецификации, что и в стандартном тесте Проктора, с некоторыми незначительными изменениями. Рекомендуемая форма имеет диаметр 100 мм, высоту 127,3 мм и объем 1000 мл.

Рекомендуемая трамбовка массой 2,6 кг со свободным падением 310 мм и диаметром забоя 50 мм. Грунт уплотняется в три слоя. Формы крепится к съемной опорной плите. Высота воротника 60 мм.

Методика Проктора на уплотнение грунта

Для испытания берется около 3 кг воздушно-сухой почвы. Его смешивают с 8% -ным содержанием воды и заливают в форму в три слоя, нанося по 25 ударов в каждый слой. Берется объем формы и масса уплотненного грунта.Насыпная плотность рассчитывается по наблюдениям. Репрезентативный образец помещается в печь для определения содержания воды. Плотность в сухом состоянии определяется исходя из объемной плотности и содержания воды. Эту же процедуру повторяют, увеличивая содержание воды.

Представление результатов теста Проктора

Кривая уплотнения

Кривая уплотнения строится между содержанием воды по оси абсцисс и соответствующей плотностью в сухом состоянии по оси ординат.Замечено, что плотность в сухом состоянии первоначально увеличивается с увеличением содержания воды до достижения максимальной плотности.

При дальнейшем увеличении содержания воды плотность в сухом состоянии уменьшается. Содержание воды, соответствующее максимальной плотности в сухом состоянии, известно как оптимальное содержание воды (O.W.C) или оптимальное содержание влаги (O.M.C).

При содержании воды выше оптимального, дополнительная вода снижает плотность в сухом состоянии, поскольку занимает пространство, которое могло быть занято твердыми частицами.

Для данного содержания воды теоретическая максимальная плотность получается в соответствии с условием отсутствия воздушных пустот (степень насыщения 100%). Теоретическая максимальная плотность также известна как насыщенная сухая плотность. Линия, показывающая теоретическую максимальную плотность, может быть нанесена вместе с кривой уплотнения. Она известна как линия нулевой воздушной пустоты.

Модифицированный тест ProctorTest для уплотнения грунта

Модифицированный тест Проктора был разработан для представления более тяжелого уплотнения, чем в стандартном тесте Проктора.Тест используется для моделирования полевых условий, в которых используются тяжелые катки. Этот тест был стандартизирован Американской ассоциацией государственных служащих автомобильных дорог и поэтому также известен как модифицированный тест AASHO.

Используемая форма такая же, как и в тесте Std Proctor. Однако используемый трамбовщик намного тяжелее и имеет большее падение, чем в тесте Std Proctor. Его масса составляет 4,89 кг, а свободное падение — 450 мм. Грунт уплотняется в пять равных слоев, каждому слою дается 25 ударов.Усилие уплотнения в модифицированном тесте Проктора в 4,56 раза больше, чем в тесте Std Proctor. В остальном процедура такая же

Содержание воды

При низком содержании воды почва становится жесткой и более устойчивой к уплотнению. По мере увеличения содержания воды частицы почвы смазываются. Почвенная масса становится более обрабатываемой, а частицы плотнее укладываются. Сухая плотность почвы увеличивается с повышением влажности до O.M.C. достигается.

Степень уплотнения

Увеличение усилия уплотнения в определенной степени увеличит плотность в сухом состоянии при более низком содержании воды.

Тип почвы

Достигаемая плотность в сухом состоянии зависит от типа почвы. ОС и сухая плотность для разных почв различны

Метод уплотнения

Достигаемая плотность в сухом состоянии зависит от метода уплотнения

Влияние уплотнения на свойства грунта

1.Влияние уплотнения на структуру почвы

Грунты, уплотненные при содержании воды ниже оптимального, обычно имеют флокулированную структуру. Грунты, уплотненные при влажности более оптимальной, обычно имеют дисперсную структуру.

2. Влияние уплотнения грунта на проницаемость

Проницаемость почвы зависит от размера пустот. Проницаемость почвы уменьшается с увеличением содержания воды на сухой стороне оптимального содержания воды.

3. Отек

4. Давление поровой воды

5. Усадка

6. Сжимаемость

7. Соотношение напряжения и деформации

8. Прочность на сдвиг

Методы уплотнения грунта, используемые на поле

В области уплотнения почв используются несколько методов. Выбор метода будет зависеть от типа почвы, требуемой максимальной плотности в сухом состоянии и экономических соображений. Обычно используемые методы:

1.Тамперс

2. Катки

3. Вибрационные катки

Уплотнение зависит от следующих факторов:

• Контактное давление

• Количество проходов

• Толщина слоя

• Скорость ролика

Типы роликов

• Ролики гладкие

• Катки с пневматическими шинами

• Опорные катки

Контроль уплотнения почвы

Контроль уплотнения осуществляется путем измерения сухой плотности и содержания воды в уплотненном грунте на поле

Плотность в сухом состоянии измерена методом корончатой ​​фрезы и методом замены песка

Для измерения содержания воды используются метод сушки в печи, метод песчаной бани, метод карбида кальция и т. Д.Для этого также используется игла Проктора.

Подробнее:

Различные типы оборудования для уплотнения грунта — типы катков

Факторы, влияющие на уплотнение почвы — влияние на различные типы почвы

Испытание Проктора на уплотнение почвы — инструменты, процедуры и результаты

,

Различные типы оборудования для уплотнения почвы — типы катков

Доступны различные типы катков и другое оборудование для уплотнения почвы. Использование этих уплотнительных машин зависит от типа почвы и условий влажности.

Различные типы оборудования для уплотнения почвы:

Оборудование для уплотнения грунта можно разделить на две группы:

1. Легкие машины для уплотнения почвы
2. Техника для тяжелого уплотнения почвы

1.Оборудование для уплотнения легких почв:

Это оборудование используется только для уплотнения почвы на небольших площадях и там, где требуется меньшее усилие уплотнения. Ниже представлены осветительные приборы для уплотнения почвы:

(i) Трамбовки:

Трамбовки

используются для уплотнения небольших площадей, создавая ударную нагрузку на почву. Это легкое оборудование может работать как вручную, так и на станке. Базовый размер трамбовок может составлять 15 см x 15 см или 20 см x 20 см или более.

Для трамбовок с механическим приводом обычный вес варьируется от 30 кг до 10 тонн (от 6 фунтов до 22000 фунтов).Эти молоты с весом 2–3 тонны (от 4400 до 6600 фунтов) могут свободно падать с высоты от 1 до 2 м (от 3 до 7 футов) на почву для уплотнения обломков породы.

Трамбовки подходят для уплотнения связных грунтов, а также других грунтов. Эта машина находится в труднодоступных местах.

(ii) Компакторы с виброплитой:

Компакторы с виброплитой используются для уплотнения грубых грунтов с мелкостью от 4 до 8%. Это оборудование используется на небольших площадях.Обычный вес этих машин варьируется от 100 кг до 2 тонн с площадью плиты от 0,16 м ² до 1,6 м ² .

(iii) Вибротрамбовки:

Вибротрамбовки предназначены для уплотнения небольших площадей в ограниченном пространстве. Эта машина подходит для уплотнения всех видов грунта за счет вибраций, установленных в опорной плите через пружину активированного с помощью механизма возвратно-поступательного движения с приводом от двигателя. Обычно они управляются вручную и весят от 50 до 100 кг (от 100 до 220 фунтов).

2. Оборудование для уплотнения тяжелых почв:

Эти уплотнительные машины используются на больших площадях для работы на разных типах почв. Оборудование для тяжелого уплотнения выбирается в зависимости от влажности почвы и типа почвы. Ниже приведены различные типы этого оборудования:

I) Ролики с гладкими колесами:

Катки колесные гладкие бывают двух типов:

• Статические гладкие катки
• Катки гладкие вибрационные

Наиболее подходящими грунтами для катков этого типа являются хорошо рассортированный песок, гравий, щебень, асфальт и т. Д.где требуется дробление. Они используются на почвах, которые не требуют большого давления для уплотнения. Эти катки обычно используются для обработки верхней поверхности почвы. Эти катки не используются для уплотнения однородных песков.

Производительность гладких катков зависит от нагрузки на см ширины, передаваемой на почву, и диаметра вальца. Нагрузка на см ширины рассчитывается исходя из общей массы барабана.

Гладкоколесные катки состоят из одного большого стального барабана спереди и двух стальных барабанов сзади.Полная масса этих катков находится в диапазоне 8-10 тонн (от 18000 до 22000 фунтов). Другой тип гладких колесных катков — это тандемный каток, который весит от 6 до 8 тонн (от 13000 до 18000 фунтов).

Производительность этих катков может быть увеличена за счет увеличения веса барабана за счет балластировки внутренней части барабана влажным песком или водой. Стальные профили также можно использовать для увеличения нагрузки на барабан, установив его на стальную раму, прикрепленную к оси.

Желаемая скорость и количество проходов для надлежащего уплотнения почвы зависит от типа почвы и варьируется от места к месту.Для уплотнения 20-сантиметрового слоя достаточно 8 проходов. Скорость 3-6 км / ч считается подходящей для гладких катков.

Вибрационные гладкие катки

В случае вибрации гладких колесных катков, барабаны заставляются вибрировать с помощью вращающейся или возвратно-поступательной массы.

Эти ролики полезны по нескольким причинам, например: —

(i) Более высокий уровень уплотнения достигается при максимальной работе

(ii) Возможно уплотнение на большую глубину

(iii) Производительность во много раз больше, чем у обычных катков

Несмотря на то, что эти катки дороги, в долгосрочной перспективе они становятся экономичными из-за их более высокой производительности и улучшенных характеристик.В последних технических требованиях к земляным работам рекомендуется использовать вибрационные катки из-за их преимущества перед статическими гладкими колесными катками.

(ii) Ролик с колесной опорой:

Катки

с овальной лапой используются для уплотнения мелкозернистых почв, таких как тяжелые глины и илистые глины. Ролики с опорными лапами используются для уплотнения грунтов плотин, насыпей, земляного полотна тротуаров и строительства железных дорог.

Опорные катки бывают статические и вибрационные.Катки вибрационного типа используются для уплотнения всех мелкозернистых грунтов, а также грунтов с песчано-гравийными смесями. Обычно этот каток используется для уплотнения слоев земляного полотна в дорожных и железнодорожных проектах.

Как видно на рисунке выше, ролики с опорными лапами состоят из стальных барабанов, на которых закреплены выступающие выступы, и могут оказывать давление до 14 кг / см2 или более. Ушки бывают разных типов: веретенообразные с расширенным основанием, призматические и косолапые.

Вес барабанов можно увеличить, как и в случае катков с гладкими колесами, путем балластировки водой, влажным песком или путем установки стальных профилей.

Эффективность уплотнения роликов с опорными лапами достигается за счет постепенного выхода выступов из выступов катка с последовательным охватом. На эффективность влияют давление на ступню и покрытие земли за проход. Для требуемого давления и покрытия почвы учитываются такие параметры, как общий вес катка, площадь каждой опоры, количество выступов, контактирующих с землей в любой момент времени, и общее количество опор на барабан.

Уплотнение почвы происходит, главным образом, из-за того, что ступни проникают в почву и оказывают на нее давление.Давление максимальное, когда ступня стоит вертикально.

(iii) Катки с пневматическими шинами:

Катки с пневматическими шинами также называются катками с резиновыми шинами. Эти катки используются для уплотнения крупнозернистых грунтов с мелкими частицами. Эти катки меньше всего подходят для ровных грубых грунтов и горных пород. Как правило, катки с пневматическими шинами используются при земляных и битумных работах.

Пневматические катки имеют колеса на обеих осях.Эти колеса расположены в шахматном порядке для уплотнения слоев почвы с равномерным давлением по всей ширине катка.

Факторами, влияющими на степень уплотнения, являются давление в шине и площадь контакта. Последние ролики имеют приспособление для автоматического накачивания шины до желаемого давления. Общий вес катка может быть увеличен с 11,0 до 25,0 тонн или более за счет балластировки стальными профилями или другими средствами.

(iv) Решетчатые ролики:

Сетчатые катки предназначены для уплотнения выветриваемых горных пород, хорошо гранулированных грубых грунтов.Эти катки не подходят для глинистых почв, илистых глин и однородных почв. В основном эти катки используются для земляного полотна и основания в дорожных сооружениях.

Как следует из названия, эти ролики имеют цилиндрическую тяжелую стальную поверхность, состоящую из сети стальных стержней, образующих решетку с квадратными отверстиями. Вес этого катка можно увеличить за счет балластировки бетонными блоками.

Типичный вес варьируется от 5,5 тонн нетто до 15 тонн с балластом. Сетчатые катки обеспечивают высокое контактное давление, но низкое перемешивающее действие, и подходят для уплотнения большинства крупнозернистых почв.

(v) Падовая лапка / трамбующие ролики:

Эти ролики похожи на ролики с ножками с лапкой и имеют выступы большей площади, чем ролики с ножками.

Опорные ролики со статической подушкой, также называемые трамбовочными роликами, имеют статический вес в диапазоне от 15 до 40 тонн, а их статические линейные нагрузки на барабан составляют от 30 до 80 кг / см. Эти ролики более предпочтительны, чем ролики с двумя ножками, из-за их высокой производительности, и они заменяют ролики с двумя ножками.

Достигаемая степень уплотнения больше, чем у катков с опорными лапами. Плотность почвы после уплотнения этим катком более равномерная.

Эти катки работают на высоких скоростях и способны разбивать большие куски. Эти ролики также состоят из выравнивающих ножей для распределения материала.

Опорная лапка или трамбующие ролики лучше всего подходят для уплотнения связных грунтов.

Подробнее:

Факторы, влияющие на уплотнение почвы — влияние на различные типы почвы

Уплотнение почвы — методы испытаний и влияние на свойства почвы

Испытание Проктора на уплотнение почвы — инструменты, процедуры и результаты

,

Уплотнение почвы | Научный проект

Убедитесь, что в вашем браузере включен JavaScript. Если вы оставите отключенным JavaScript, вы получите доступ только к части предоставляемого нами контента. Вот как.

Области науки	Геология
Сложность
Требуемое время	Очень короткий (≤ 1 день)
Предварительные требования	Нет
Наличие материалов	Легко доступны
Стоимость	Очень низкий (менее 20 долларов США)
Безопасность	Нет проблем

Абстрактные

Вам когда-нибудь приходилось копать яму в действительно твердой почве? Работы много! В этом научном проекте вы можете сделать прибор, чтобы проверить почву и узнать, насколько она уплотнена, прежде чем копать!

Объектив

Проверить уровень уплотнения почвы в разных местах.

Поделитесь своей историей с друзьями по науке!

Да, Я сделал этот проект! Пожалуйста, войдите в систему (или создайте бесплатную учетную запись), чтобы сообщить нам, как все прошло.

Планируете ли вы сделать проект от Science Buddies?

Вернитесь и расскажите нам о своем проекте, используя ссылку «Я сделал этот проект» для выбранного вами проекта.

Вы найдете ссылку «Я сделал этот проект» на каждом проекте на веб-сайте Science Buddies, так что не забудьте поделиться своей историей!

Кредиты

Сара Эйджи, Ph.D., Друзья науки

Brynie, F.H., 2005. Ускоренный курс для родителей: Проекты научной ярмарки для начальной школы , Хобокен, Нью-Джерси: Wiley Publishing Inc., стр 165-168.

Цитируйте эту страницу

Здесь представлена ​​общая информация о цитировании. Обязательно проверьте форматирование, включая использование заглавных букв, для метода, который вы используете, и обновите цитату по мере необходимости.

MLA Стиль

Сотрудники Science Buddies. «Уплотнение почвы». Друзья науки , 23 июня 2020, https: // WWW.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Geo_p010/geology/soil-compaction. Проверено 8 августа 2020 г.

APA Style

Сотрудники Science Buddies. (2020, 23 июня). Уплотнение почвы. Полученное из https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Geo_p010/geology/soil-compaction

Дата последнего редактирования: 2020-06-23

Введение

Вы когда-нибудь задумывались, почему вырыть яму в действительно твердой почве — это так много труда, но гораздо легче вырыть яму в мягкой рыхлой почве? Грунт, который является твердым и сухим, часто имеет вид уплотненный , что означает, что он утрамбован твердым, что делает его более плотным и более трудным для проникновения.

Точно так же, как вам трудно копать в уплотненной почве, так же трудно для обитающих в почве организмов , таких как жуки и черви, пробиваться в уплотненной почве. Обычно вы не встретите много организмов, живущих в уплотненных почвах, потому что они не могут получить воздух, воду, пространство и питательные вещества, которые им необходимы для выживания. Кроме того, уплотненная почва затрудняет рост растений с нежной корневой системой. Очень уплотненная почва имеет тенденцию поддерживать рост сорняков, у которых есть толстые стержневые корни, которые глубоко проникают в уплотненную почву и превосходят другие растения.

Какие области наиболее подвержены уплотнению почвы? В этом проекте по геологии вы создадите инструмент для тестирования различных участков, чтобы увидеть, где почва наиболее уплотнена. Вы должны проверить такие места, как сады, дорожки, газон, солнечные участки, тенистые, а также влажные и сухие места. Как вы думаете, где будет самая уплотненная почва? Можете ли вы придумать творческие способы избежать уплотнения почвы в этих областях?

Термины и понятия

• Почва
• Уплотнение
• Плотность
• Организмы, обитающие в почве

Вопросы

• Как уплотняется почва?
• Как можно измерить уплотнение почвы?
• Как уплотнение почвы влияет на живущие в ней организмы?

Библиография

• U.С. Геологическая служба. (2004). Восстановление и уязвимость пустынных экосистем: уплотнение почвы. Проверено 23 апреля 2012.
• Whiting, D., Card, A., Wilson, C., and Reeder, J. (2011, декабрь). Уплотнение почвы. Проверено 17 декабря 2012.
• Brynie, F.H., 2005. Ускоренный курс для родителей: Проекты научной ярмарки начальной школы , Хобокен, Нью-Джерси: Wiley Publishing Inc., стр 165-168.

Лента новостей по этой теме

Примечание: Компьютеризированный алгоритм сопоставления предлагает приведенные выше статьи.Это не так умно, как вы, и иногда может давать юмористические, смешные или даже раздражающие результаты! Узнать больше о ленте новостей

Материалы и оборудование

• Спицы металлические; размер 7 или достаточно маленький, чтобы поместиться внутри катушки.
• Маленькая катушка с ниткой
• Перманентный маркер
• Резинка
• Метрическая линейка или рулетка
• Лабораторный блокнот

Методика эксперимента

1. Вставьте иглу в катушку, чтобы убедиться, что она подходит.
2. Положите прибор на стол острой стороной вниз. Отметьте место выхода вязальной иглы из верхней части катушки перманентным маркером, как показано на рисунке 1 ниже. Эта строка будет нулевой.
3. Плотно оберните резиновую ленту вокруг вязальной спицы и протолкните ее в направлении неострого закрытого конца иглы. Вы будете использовать это, чтобы отметить глубину ваших измерений почвы.

Рисунок 1. Поместите вязальную иглу в катушку и отметьте, где игла выходит из верхней части катушки.

3. Выберите разные места для проверки почвы на уплотнение. Составьте таблицу данных в своей лабораторной записной книжке, как в таблице 1, показанной ниже, и опишите каждое место в ней. Где каждое место? Какой там грунт? Он влажный или сухой? Есть какие-нибудь растения?

Место нахождения	Описание	Размер (см)
1
2
3
4

Таблица 1. В лабораторной записной книжке создайте таблицу данных, подобную этой, чтобы вы могли легко записывать свои результаты.

3. В каждом месте поместите катушку на землю заостренной стороной вниз. Сильно нажмите на вязальную спицу, пока она не перестанет входить в землю, как показано на рисунке 2 ниже. Сдвиньте резиновую ленту к верху катушки.
   
   Рис. 2. Положив вязальную спицу и катушку на землю, надавите на иглу, пока она не перестанет двигаться.Сдвиньте резиновую ленту вниз, пока она не коснется верхней части катушки.
   
4. Осторожно извлеките спицу из земли, следя за тем, чтобы не двигать резиновую ленту, и измерьте расстояние между линией и резинкой с помощью линейки или измерительной ленты в сантиметрах (см), как показано на Рисунке 3 ниже.

Рисунок 3. После извлечения иглы из земли измерьте расстояние между линией на игле и резинкой.

3. Запишите результат измерения в таблицу данных в лабораторной записной книжке.
4. Где почва наиболее уплотнена? Наименее уплотненный? Какие характеристики вы заметили в самых плотных почвах? Какие характеристики наименее плотных почв вы заметили? Подумайте о таких вещах, как пешеходная активность, тип почвы, влажность и растительный покров. Как вы думаете, почему важно не ходить в местах, где растут растения, например, на грядке?
5. Исходя из ваших результатов, что, по вашему мнению, можно сделать, чтобы уменьшить уплотнение почвы?

,

Если вам нравится этот проект, возможно, вам понравятся следующие родственные профессии:

Почвовед

Не вся грязь одинакова. Фактически, разные типы почвы могут иметь большое значение в некоторых очень важных сферах жизни нашего общества. Здание, построенное на песчаной почве, может обрушиться во время землетрясения, а посевы, посаженные в почву, которая не дренирует должным образом, могут заболачиваться и гнить после ливня.Задача почвоведа — оценить состояние почвы и помочь фермерам, строителям и экологам решить, как лучше всего использовать местные почвы. Читать далее

Геофизик

Подобно тому, как врач использует инструменты и методы, такие как рентгеновские лучи и стетоскопы, чтобы заглянуть внутрь человеческого тела, геофизики исследуют глубоко внутри гораздо более крупного пациента — планету Земля.Геофизики стремятся лучше понять нашу планету и открыть для себя природные ресурсы, такие как вода, минералы и нефтяное масло, которые используются во всем: от обуви, тканей, дорог, крыш и лосьонов до удобрений, упаковки для пищевых продуктов, чернил и компакт-дисков. Работа геологов влияет на всех и вся. Читать далее

Варианты

• Вы можете выполнить научный проект, подобный этому, чтобы исследовать влияние ходьбы на уплотнение почвы.Выкопайте немного почвы, чтобы она была рыхлой. Измерьте уплотнение почвы катушкой. Теперь пройдитесь по площадке и снова измерьте. Как это изменилось? Будет ли оно и дальше меняться, если вы будете повторять эксперимент, постоянно ходя по земле?
• Становятся ли влажные или сухие почвы более уплотненными? Соберите несколько образцов сухой почвы и добавьте разное количество воды к некоторым образцам сухой почвы (но оставьте некоторые образцы сухими). Для уплотнения почвы в каждом образце используйте трамбовку или водяной каток.Измерьте каждый образец своей катушкой. Какие почвы наиболее уплотненные? Что произойдет, если вы дадите им высохнуть и потом снова проведете измерения?

Поделитесь своей историей с друзьями по науке!

Да, Я сделал этот проект! Пожалуйста, войдите в систему (или создайте бесплатную учетную запись), чтобы сообщить нам, как все прошло.

Спросите эксперта

Форум «Задайте вопрос эксперту» предназначен для того, чтобы студенты могли найти ответы на научные вопросы, которые они не смогли найти с помощью других ресурсов.Если у вас есть конкретные вопросы по поводу вашего проекта или научной ярмарки, наша команда ученых-добровольцев может вам помочь. Наши специалисты не будут выполнять эту работу за вас, но они сделают предложения, дадут рекомендации и помогут устранить неполадки.

Спросите эксперта

Ссылки по теме

Лента новостей по этой теме

Примечание: Компьютеризированный алгоритм сопоставления предлагает приведенные выше статьи.Это не так умно, как вы, и иногда может давать юмористические, смешные или даже раздражающие результаты! Узнать больше о ленте новостей

Ищете больше научных развлечений?

Попробуйте одно из наших научных занятий для быстрых научных исследований в любое время. Идеально, чтобы оживить дождливый день, школьные каникулы или момент скуки.

Найдите занятие

Видео о нашей науке

Яйцо сырое или приготовленное? STEM деятельность

Как сделать винт Архимеда — STEM-упражнение

Робототехнический комплект 4-в-1 BlueBot

Спасибо за ваш отзыв!

,

Наука о уплотнении почвы

Когда вы смотрите на мотоблоки в своем парке, скорее всего, вы не думаете о них как о точных научных инструментах. Тем не менее, уплотнение почвы — это наука, и она требует определенной степени точности. Понимание того, что за этим стоит, может помочь вам повысить эффективность ваших рабочих мест.

Что за грязь?

Чтобы выбрать подходящее оборудование для вашей работы, вам нужно сначала кое-что узнать о почвах и о том, как они уплотняются.По словам Марка Конрарди, менеджера по продажам компании Wacker Corp., почву можно разделить на четыре основные группы: глина, ил, песок и гравий. «Самая важная характеристика — это размер частиц», — заявляет он.

Глины состоят из мельчайших частиц, размер которых обычно составляет менее 0,00024 дюйма, за которыми следуют ил, песок и гравий с размером частиц от 0,08 до 3 дюймов в диаметре. Все, что больше 3 дюймов, считается валуном.

«Глины и илы сгруппированы вместе как связные грунты на основании того факта, что [их частицы] имеют тенденцию к расслоению из-за своего небольшого размера.«Силы, которые удерживают их вместе, имеют молекулярную природу», — объясняет Конрарди. «Песок и гравий сгруппированы вместе как зернистые почвы, и силы, удерживающие их вместе, являются трением из-за их неровной и шероховатой текстуры поверхности».

Смешанные грунты содержат смесь как связных, так и гранулированных частиц. В случае смешанных грунтов анализ градации грунта может определить правильную классификацию и помочь в выборе машины, — говорит Франк Венцель, вице-президент по инженерным вопросам подразделения Stone Construction Equipment.

По словам Рона МакКаннелла из Weber Maschinentechnik GmbH, гранулированный и смешанный грунт с содержанием связного грунта менее 10–15% легко уплотняется с помощью виброплиты и трамбовки. Но для достижения высокой плотности должна быть смесь частиц различного размера, которая может заполнить пустоты между крупными частицами. «Равномерно гранулированный грунт невозможно уплотнить», — отмечает он.

«Наиболее легко уплотняются почвы со сферическими и гладкими частицами», — продолжает он.«Грунты с частицами неправильной формы труднее уплотнять, но, с другой стороны, они обладают большей несущей способностью».

Способность уплотнять почву частично зависит от распределения частиц. «Почвы с почти одинаковым размером частиц, такие как мелкий песок, называются однофракционными почвами. Почвы с несколькими размерами частиц называются смешанными фракциями», — утверждает МакКаннелл. «Однофракционные грунты трудно уплотнять, поскольку пустоты заполняются очень небольшими количествами мелких частиц или их отсутствием.Грунты из смешанных фракций могут хорошо уплотняться, поскольку есть более мелкие частицы, которые из-за вибрационного эффекта перемещаются в пустоты между более крупными частицами. Достигается высокая плотность и, как следствие, более высокая несущая способность ».

Нужные вещи

Когда вы узнаете тип почвы, на которой будете работать, вы сможете определить, какое оборудование лучше всего подходит для условий.

«Тип уплотнителя, который будет наиболее эффективным, определяется силами сцепления, которые проявляют две группы грунта», — говорит Конрарди.«Связным грунтам требуется определенная энергия удара, чтобы разрушить молекулярные связи и высвободить воздух и лишнюю воду, которые могут быть задержаны в почве».

Согласно Венцелю, типы машин, которые могут наилучшим образом использовать эту энергию, — это трамбовки или катки с опорными лапами, которые создают как высокую ударную нагрузку, так и необходимую силу срезания. «Связные грунты требуют большой амплитуды и больших ударных сил для сжатия и формования материала», — объясняет он. «[Срезающие силы] достигаются конструкцией башмака трамбовки или выступающей массой катка.Элементы перемешивают и измельчают почву, позволяя силе удара делать свою работу ».

В случае сыпучих грунтов наиболее эффективными являются виброплиты и гладкие вальцы. «В этих машинах используется вращающаяся неуравновешенная масса, работающая на определенных частотах. Частоты согласованы с диапазонами собственных частот для сыпучих грунтов», — отмечает Венцель.

«Вибрационные импульсы, создаваемые машиной, проникают в почву и заставляют частицы двигаться», — добавляет Конрарди.«Это снимает трение там, где частицы соприкасаются. А после прохождения машины гравитация заставит частицы осесть в более плотном состоянии».

Поскольку частицы в связном грунте более плоские, а между ними находятся вода и воздух, для уплотнения им требуется низкочастотная энергия удара большой амплитуды, — говорит Питер Прайс из Bomag Americas Inc. Трамбовки обеспечивают такую ​​энергию, когда они подпрыгивают на поверхности грунт, удаляя пустоты между частицами. В отличие от этого, пластины используют высокочастотную вибрацию для перемешивания частиц, чтобы они оседали под собственным весом.

До недавнего времени не было ни одной машины, которая могла бы делать все это, но сейчас ситуация меняется. «Подрядчики хотят, чтобы одна машина выполняла все работы», — говорит Прайс. Вследствие этого компания Bomag разработала обратимую пластину серии Dash 4, которая может уплотнять более широкий спектр материалов, например, гранулированный грунт с некоторым содержанием связующего вещества. «Вы не можете взять нашу тарелку и использовать ее на глине, но вы можете запустить ее на естественной засыпке, которая представляет собой смесь связного и гранулированного».

Не переусердствуйте

Как и многие другие вещи, уплотнение почвы — это область, в которой можно получить слишком много хорошего.Почва может переуплотняться, что может снизить ее несущую способность.

«Продолжающееся уплотнение может вызвать разрушение почвы и расслоение почвенных смесей», — говорит Фабиан Салинас из Dynapac. «Это приводит к слабым поверхностям уплотняющих слоев основания».

Конрарди соглашается, добавляя: «Почва может поглощать только определенное количество энергии в течение определенного периода времени. Если приложить слишком много энергии, почва может сдвинуться и сдвинуться, нарушая ранее выполненное уплотнение.В результате частицы почвы могут расколоться или раздробиться, так что состав почвы действительно изменится. Измененный материал на самом деле имеет более низкую плотность, потому что новые частицы меньше ».

Прайс говорит, что уплотнение происходит чаще, чем думает большинство людей. Хорошим средством является отслеживание поведения машины во время работы и выполнение рекомендаций производителя. «Если [трамбовщик] скачкообразно прыгает, слезайте с материала, потому что это означает, что энергия уходит в землю и возвращается от материала в машину», — советует он.

Венцель объясняет: «Во время уплотнения рыхлого насыпи (почвы) энергия машины направляется и потребляется почвой. Как только частицы почвы плотно упакованы, эта энергия будет отражаться обратно в машину и оператора, а не потребляться в почва.» Следовательно, наиболее практичным и очевидным признаком чрезмерного уплотнения является реакция используемой машины.

Как правило, эксперты советуют ограничивать проходы материала до трех раз для трамбовки и четырех раз для плиты.Или, что еще лучше, просто подберите машину к глубине укладываемой почвы. «Большинство производителей оценивают свои машины в зависимости от глубины почвы или подъема, который она может уплотнять, — говорит Конрарди. «Этот рейтинг обычно относится к слою хорошо рассортированного песка и гравия, который является обычной засыпкой для опор, фундаментов и участков, где требуется более высокая плотность».

Он добавляет: «Как правило, возьмите максимальную глубину уплотнения и разделите ее на три. Если это число больше, чем размещаемый слой, возможно чрезмерное уплотнение.«Например, если у вас есть уплотнитель, рассчитанный на глубину 24 дюйма, и укладывается слой толщиной 6 дюймов, вы рискуете чрезмерное уплотнение при использовании этой машины.

Плотность мониторинга

Определение степени уплотнения грунта в конкретном проекте и соответствие результатов требуемым спецификациям обычно является обязанностью инженера по грунтовым поверхностям. Чтобы ускорить процесс испытаний, Weber представил систему Compatrol, первую систему непрерывного контроля уплотнения для реверсивных уплотнителей грунта.

С помощью системы Compatrol оператор немедленно получает информацию о любой потенциальной проблеме, которая может развиться и повлиять на результаты, например, чрезмерное уплотнение, недостаточное уплотнение или ситуации, когда почва не уплотняется. Система основана на анализе частотного диапазона и состоит из дисплея и датчика ускорения. Технологическое измеряет увеличение ускорения и уменьшение опорной плиты уплотнителя почвы; сравнивает измеренные значения с зарегистрированными характеристиками почвы; и переводит результаты в «электрическое напряжение.»Отображаемый результат уплотнения легко понять.

«До недавнего времени эти измерители уплотнения или устройства контроля уплотнения были доступны только на некоторых асфальтовых катках и некоторых вибрационных катках, используемых для уплотнения почвы на больших площадях», — говорит Макканнелл. «Но сегодня они также доступны на реверсивных пластинах с ручным управлением, которые используются в ограниченном пространстве, недоступном для больших катков».

Bomag также разрабатывает свою собственную систему для пластинчатых уплотнителей, которая будет согласовывать уплотнение с требованиями к плотности.Он должен быть доступен в Северной Америке в течение следующего года или около того.

.