Назначение, устройство и классификация грунтоушютняющих машин

При возведении насыпей для строительства автомобильных дорог, железнодорожных магистралей, при укладке аэродромных покрытий необходимо уплотнение грунтов, так как неуплотненные грунты оседают и деформируются. Уплотнение грунтов достигается укаткой, трамбованием, вибрацией или комбинированным воздействием (рис. 6.1). При укатке (рис. 6.1, а) происходит уплотнение грунта под статическим воздействием массы перекатываемого катка. При виброукатке (рис. 6.1, б) грунту от вальца передаются колебания, ослабляющие связи между его частицами, что позволяет уплотнять грунт на большую глубину при меньшем статическом воздействии. При трамбовании (рис. 6.1, в) уплотнение достигается динамическим воздействием падающего груза на поверхность уплотняемого материала. При вибрационном уплотнении (рис. 6.1, г) вибрирующая масса плиты сообщает колебательные движения частицам грунта, связи между ними ослабляются, грунт получает большую подвижность и уплотняется под статическим (виброуплотнение) или динамическим (вибротрамбование) воздействием плиты.

Для уплотнения грунтов предназначены различные грунтоуплотняющие машины, основные из которых катки, трамбовочные машины и вибрационные плиты.

Дорожные катки. К числу наиболее распространенных в строительстве уплотняющих средств относятся дорожные катки, которые необходимы в дорожном, аэродромном, гидротехническом, промышленном и гражданском строительстве, а также при ремонте и реконструкции промышленных объектов для послойного уплотнения связных и несвязных грунтов, щебеночных, грунтоцементных, битумоминеральных нижних и верхних слоев (толщиной 20 см и более) дорожных оснований и уплотнения уложенных слоем толщиной до 10...15 см асфальтобетонных смесей в дорожных покрытиях.

Из большого разнообразия подлежащих уплотнению катками материалов и специфических условий работ по уплотнению вытекает необходимость применения катков различного назначения. и конструктивного исполнения (рис. 6.2) типа и типоразмеров с различными видами рабочих органов (рис 6.3).

Изменяющиеся в процессе уплотнения физико-механические свойства материалов требуют применения катков с различными удельными давлениями, а также катков статического, вибрационного и комбинированного воздействия на уплотняемый материал.

Особенности строительных условий требуют применения катков как самоходных, обеспечивающих челночное движение, так и прицепных - более прочных и дешевых в эксплуатации, когда имеется возможность производить развороты катка на обратный ход.

Это разнообразие катков нашло отражение в " Типаже катков для дорожных и строительных работ на период до 2000 года", в котором предусмотрен как серийный выпуск, так и перспективное освоение необходимого количества типоразмеров катков.

Внедрение на самоходных катках гидрообъемных трансмиссий и шарнирно-сочленённых рам позволяет путем широкой унификации, агрегатирования и модульного принципа проектирования обеспечить выпуск 14-и типоразмеров катков.

Рис. 6.1. Методы уплотнения грунтов

а -укатка; б - виброукатка; в -трамбование; г - вибротрамбование (виброуплотнение); 1, 2 - ведущий и ведомый вальцы статического действия; У, 4 -" ведущий и ведомый вальцы вибрирующего действия; 5 - трамбующая плита; 6 - вибротрамбующая (вибрирующая) плита; М - крутящий момент; Q - сила тяжести катка; п - деформация грунта;. Р - тяговое усилие; гп_Дб - вращающаяся масса дебаланса; to '- частота вращения; т_т - масса трамбующей плиты; Н - высота падения плиты

Рис. 6.2. Катки для уплотнения грунтов

а - прицепной кулачковый каток; б, в - полуприцепной и прицепной катки на пневматических шинах; • г - самоходный каток статического действия; д - прицепной вибрационный каток; е - самоходный вибрационный каток

Рис. 6.3. Схемы укатывающих рабочих органов

а - гладкобарабанный; б - кулачковый валец; в - решетчатый валец-г - пневмоколесныи валец; д - валец ^с шарнирно присоединенными плитками; ■ е _и - дисковый' валец; ж - сегментный валец; з - компакторныи валец; и - валец с набором многоугольных дисков^

Типаж предполагает выпуск самоходных катков на основе пяти базовых моделей:

гладковальцового массой 8...10 т (тип 5);

к одноосному тягачу массой 12...13 т (тип 10);

к одноосному тягачу массой 16 т (тип 12);

комбинированного действия массой 16 т (тип 14);

к одноосному тягачу массой 25 т (тип 16).

На основе этих пяти базовых моделей путем замены рабочих органов создаются 14 моделей катков, за исключением двух типоразмеров малогабаритных катков массой 0, 8...1 т для стесненных условий работы, виброкатка массой 1, 5...2, 2 т и 4...6 т для ремонта и реконструкции промышленных объектов.

Прицепные статические катки на пневмоколесах и катки с кулачковой или решетчатой металлической обечайкой относятся к простым и надежным уплотняющим средствам и работают в сцепе с базовым тягачем, который, в случае необходимости, может быть использован с другой машиной. Уплотняющий эффект при их применении достигается за счет перекатывания пригруженного балластом рабочего органа (пневмоколес, кулачкового или решетчатого вальца) по поверхности грунта.

Пневмоколесные катки эффективно используются на всех разновидностях грунта при соблюдении заданной толщины его отсыпки.

В случае устройства насыпей из комковатых грунтов или грунтов со смерзшимися комьями (в зимнее время) для их дробления в процессе уплотнения рекомендуется применять кулачковые и решетчатые катки при последующем завершении процесса уплотнения тяжелыми пневмоколесными катками.

Кулачковые катки создают большую удельную нагрузку на грунт и, за счет внедрения в его массив кулачков, большую, чем пневмокатки, глубину проработки слоя грунта, поэтому их рекомендуется использовать при послойном уплотнении тяжелых связных грунтов.

Так, например, по рекомендациям СНиП 3.06.03-85 (автомобильные дороги) уплотнение рыхлых глинистых грунтов следует производить послойно при толщине отсыпки не более 0, 3...О, 35 м и начинать, как правило, кулачковыми и решетчатыми катками или катками на пневматических шинах с неполной балластировкой (массой 10...16 т) а заканчивать - катками, на пневматических шинах массой 25 т и более или самоходными вибрационными катками массой 16 т и более.

Прицепные и самоходные виброкатки предназначены для уплотнения преимущественно несвязных грунтов, где их эффективность значительно выше, чем на связных грунтах.

Больший, чем при статической укатке, эффект уплотнения по глубине слоя грунта при применении виброкатков достигается тем, что, за счет передаваемой от вибровальца вибрации, приводятся в колебательное движение частицы грунта, нарушаются связи между ними, что способствует их взаимному перемещению и повышению эффективности уплотнения. По сравнению со статической укаткой, виброукатка при одинаковой массе катка обеспечивает в 2...3 раза большую глубину проработки несвязного грунта за меньшее (в 3...4 раза) число проходов. Учитывая изложенное, катки вибрационного действия целесообразно применять при уплотнении несвязных грунтов, отсыпаемых слоем толщиной до 0, 6... 0, 8 м, когда требуется высокая производительность укатки. Однако, при этом

следует иметь в виду, что, по сравнению со статическим катком, виброкаток имеет более сложную конструкцию, стоимость его машино-смены значительно выше, а ресурс меньше.

Самоходные виброкатки оснащаются гладким, кулачковым, а также ' решетчатым вибровальцом. Область их применения с тем или иным видом рабочего органа аналогична области применения катков прицепных с той лишь разницей, что самоходные катки обладают, по сравнению с прицепными, более высокой маневренностью и мобильностью. Для выполнения челночных реверсивных движений этими машинами не требуются большие площади, поэтому они широко применяются на линейных работах при строительстве дорожных насыпей, дамб и плотин.

Трамбующие машины. Уплотнение грунта этими машинами осуществляется за счет ударного воздействия свободно либо принудительно падающих плит или грузов.

В управляемых вручную трамбовках удар производится трамбующим башмаком, приводимым от электрического или поршневого двигателя посредством кривошипно-шатунного либо дебалансного механизма. В трамбовках на базе гидромолотов, навешиваемых на стреле гидравлических экскаваторов, ударное воздействуие осуществляется через трамбующую пяту, вмонтированную в гидромолот вместо его клина.

Благодаря ударному воздействию, эта группа машин обеспечивает высокую эффектинность уплотнения по глубине как связных, так и несвязных грунтов. Трамбующие машины со свободно падающими плитами рекомендуется применять при сосредоточенных работах на уплотнении тяжелых связных грунтов (подъезды к мостам, места вблизи опорных стен и других инженерных сооружений, а также

ответственные насыпи и дамбы). Трамбующие машины обеспечивают проработку тяжелого суглинистого грунта, отсыпаемого слоями толщиной до 0, 8... 1, 2 м и более.

Управляемые вручную трамбовки и. трамбовки на базе гидромолотов к экскаваторам применяются при уплотнении грунтов в стесненных условиях строительства (при обратной засыпке траншей, котлованов, пазух фундаментов, вблизи колон, опор и др.).

При обратной засыпке глубоких траншей и котлованов, когда имеется опасность обрушения стен, рекомендуется применять навесные виброуплотнители и трамбовки на базе гидромолота к гидравлическому экскаватору.

Самопередвигающиеся и навесные к базовым шасси виброплиты относятся к машинам вибрационного действия. Их применение эффективно при уплотнении преимущественно несвязных грунтов. При использовании таких машин для уплотнения связных грунтов их эффективность по глубине резко снижается. Высокая маневренность и малые габариты самопередвигающихся виброплит делают эти машины незаменимыми в стесненных условиях строительства.

Навесные к. базовым шасси виброплиты предназначены для уплотнения тонких слоев грунта и гравийно-щебеночных материалов оснований дорог.

Классификация грунтоуплотняющих машин (рис. 6.4.) произво­дится по нескольким параметрам.

В соответствии с методом уплотнения грунтов грунтоуплотняющие машины подразделяются на машины статического, ударного, вибрационного и комбинированного действия, которые в зависимости от способа их перемещения по уплотняемому материалу в свою очередь подразделяются на прицепные, самоходные и навесное оборудование к базовым машинам.

-

По виду рабочего органа уплотняющие машины подразделяются на типы:

катки статические и вибрационные с гладкой, кулачковой и решетчатой металлической обечайкой и катки пневмоколесные;

трамбующие машины на базе гусеничных тракторов, управляемые вручную трамбовки с электрическим или поршневым двигателем, а также трамбовки на базе гидромолотов к гидравлическим экскаваторам;

самопередвигающиеся и навесные к базовым шасси виброплиты, а также виброплиты, навешиваемые на стреле гидравлического экскаватора вместо его ковша.

Внутри каждого из типов уплотняющие машины условно делятся по своей массе на легкие, средние и тяжелые.

Согласно принятой индексации уплотняющим машинам присваивается индекс ДУ (дорожный уплотнитель), после которого устанавливается порядковый номер регистрации в реестре технического задания на проектирование уплотнителя. Например, для дорожного прицепного кулачкового катка установлен индекс ДУ-26А, что означает:

ДУ - дорожный уплотнитель;

26 - порядковый номер по реестру при регистрации технического задания на проектирование катка;

А - обозначение очередной модернизации катка.

Принятая индексация не отражает ни типа, ни конструктивного устройства, ни параметров машины.

Рис. 6.4. Классификация машин для уплотнения грунтов.