В дорожном строительстве применяют следующие основные методы уплотнения
Bau-enginer
Основы технологии уплотнения слоев дорожных одежд
Для обеспечения прочности, то есть свойства сопротивляться воздействию колес автомобилей и атмосферных факторов, материал каждого слоя дорожной одежды необходимо разровнять и уплотнить до требуемого уровня плотности. Укладываемые в процессе строительства автомобильной дороги дорожно-строительные материалы и полуфабрикаты (щебень, асфальто- и цементобетонные смеси) требуют эффективного уплотнения при помощи уплотняющих машин различного действия. В большинстве случаев уплотнение материала происходит в результате приложения к его поверхности циклической нагрузки, которая в течение одного цикла изменяется от минимума до максимума и затем снова до минимума. Через определенный промежуток времени цикл воздействия уплотняющей нагрузки повторяется.
В соответствии с циклическим изменением величины уплотняющей нагрузки изменяется уровень напряженного состояния уплотняемого материала. В процессе уплотнения циклической нагрузкой свойства уплотняемого материала (плотность, прочность, вязкость, упругость и др.) изменяются в течение одного и того же цикла и при переходе от цикла к циклу. Эффективность и степень уплотнения материала определяют по величине деформации объема уплотняемого материала.
Пластические сдвиги под действием нагрузки сначала происходят в отдельных зонах уплотняемого материала, а затем постепенно с увеличением времени действия нагрузки распространяются на больший его объем. Вследствие неоднородности свойств дорожно-строительных материалов процесс их уплотнения происходит неравномерно.
Асфальто- и цементобетонные смеси являются упруго-вязко-пластичными материалами и процесс их уплотнения зависит от скорости изменения напряженного состояния уплотняемого материала.
При уплотнении гравийных и щебеночных материалов под воздействием внешней нагрузки преодолеваются силы трения между неоднородными по объему и форме частицами материала и происходит их усиливание.
Под скоростью изменения напряженного состояния при циклической нагрузке (рис. 4) понимают скорость изменения напряжения во времени, которую приближенно можно определить по формуле:
Рис. 4. Характер изменения циклической нагрузки при уплотнении:
При приложении быстродействующей и часто повторяющейся нагрузки (например, при вибрации) к таким материалам, как бетонная смесь, возникает явление ее тиксотропного разжижения, которое повышает эффективность уплотнения смеси.
На процесс уплотнения дорожно-строительных материалов влияет большое количество разнообразных факторов: размер, форма, прочность и другие свойства минеральных частиц, то есть твердой фазы материала; количественное соотношение твердой, жидкой и газообразной фаз; физико-механические свойства многофазного материала в целом; максимальное напряжение, прикладываемое к поверхности уплотняемого материала, которое определяет напряженное состояние всего объема уплотняемого материала; время действия уплотняющей нагрузки и скорость изменения напряженного состояния уплотняемого материала в течение одного цикла нагружения; частота и число приложения уплотняющей циклической нагрузки.
Уплотнение является одной из основных технологических операций, от которой в значительной степени зависит работоспособность дорожной одежды, то есть ее сопротивляемость воздействию транспортных нагрузок и климатических факторов. Уплотнение осуществляют тремя методами: укаткой, трамбованием, виброуплотнением.
При укатке по поверхности уплотняемого слоя перекатывается металлический валец или пневматическое колесо, под действием силы тяжести которых в уплотняемом материала возникает остаточная деформация. По мере увеличения плотности материала эта деформация уменьшается, постепенно приближаясь к нулю. Дальнейшее повышение плотности материала может быть достигнуто за счет увеличения нагрузки на валец или пневматическое колесо. Уплотняющее действие зависит от массы катка, площади контакта рабочего органа с уплотняемым слоем, скорости движения катка и числа проходов катка по одному следу.
Трамбование осуществляют периодическим поднятием на определенную высоту массивного рабочего органа и его последующим свободным падением на поверхность уплотняемого материала. Для трамбования характерна большая глубина уплотняемой зоны. Трамбование применяют для уплотнения грунтов слоями большой толщины, а также при строительстве дорожной одежды. Так, например, трамбующий брус является одним из рабочих органов асфальтоукладчика, обеспечивающим предварительное уплотнение асфальтобетонной смеси с коэффициентом уплотнения до 0,91 [ 69].
Для уплотнения асфальтобетонных смесей применяют три типа уплотняющих машин: катки статического действия с гладкими вальцами и на пневматических шинах, катки вибрационного действия (виброкатки).
Широкое распространение получили самоходные гладковальцовые катки статического действия, которые просты по конструкции и надежны в эксплуатации. Они классифицируются по массе: на легкие 5-6 т; средние 8 т и тяжелые более 10 т. Качество работ по уплотнению асфальтобетонных смесей зависит от соблюдения рационального температурного режима (табл. 6) и рекомендуемых контактных давлений (табл. 7) на каждом этапе уплотнения: предварительном, промежуточном и заключительном [ 65].
Рис. 5. Универсальные самоходные двухвальцовые катки:
Рекомендуемый температурный режим при уплотнении асфальтобетонных смесей
| Тип асфальто- бетонной смеси | Рекомендуемая температура уплотнения, °С | Рациональный температурный режим уплотнения слоя на различных этапах, °С | |||
| начальная | критическая | предварительном | промежуточном | заключительном | |
| А | 140-160 | 75-80 | От 140-145 до 120-125 | От 120-125 до 95-100 | От 95-100 до 75-80 |
| Б | 120-140 | 70-75 | От 125-130 до 105-110 | От 105-110 до 85-90 | От 85-90 до 70-75 |
| В | 110-130 | 60-65 | От 115-120 до 100-105 | От 100-105 до 80-85 | От 80-85 до 60-65 |
| Г | 120-140 | 70-75 | От 125-130 до 105-110 | От 105-110 до 80-90 | От 85-90 до 70-75 |
| Д | 100-120 | 60-65 | От 105-110 до 85-90 | От 85-90 до 70-75 | От 70-75 до 60-65 |
Рекомендуемые контактные давления при поэтапном уплотнении
| Каток (этап уплотнения) | Границы этапов уплотнения | Коэффициент уплотнения смеси | Значения контактных давлений катков, МПа, для типов смесей | |
| А | В | |||
| Легкий | Начало | 0,7 | 0,50-0,55 | 0,40-045 |
| (предварительный) | Конец | 0,85 | 1,20-1,25 | 1,17-1,30 |
| Средний | Начало | 0,85 | 1,20-1,25 | 1,17-1,30 |
| (промежуточный) | конец | 0,92 | 1,65-1,80 | 1,50-1,10 |
| Тяжелый | Начало | 0,92 | 1,65-1,80 | 1,50-1,70 |
| (заключительный) | Конец | 1,0 | 2,80-3,10 | 2,60-2,90 |
Катки статического действия должны двигаться со скоростью 1,5-5 км/ч. При выполнении первых проходов принимается минимальная скорость движения 1,5-2,0 км/ч, на промежуточном этапе уплотнения 3-5 км/ч, и на заключительном 2-3 км/ч.
Катки на пневматических шинах чаще применяют на промежуточном этапе уплотнения асфальтобетонного слоя, иногда на предварительном и заключительном этапах. Уплотняющее воздействие катка на слой зависит от нагрузки на колесо, давления в шине и ее жесткости. Изменяя давление в шине, можно регулировать величину контактных давлений в зависимости от температурного состояния асфальтобетонной смеси и степени ее уплотнения.
Уплотнение является одной из основных технологических операций, которая определяет качество покрытия. Достигаемая степень уплотнения зависит от температуры асфальтобетонной смеси в начале уплотнения при одном и том же количестве уплотняющих средств и одинаковом времени уплотнения (рис. 6).
В табл. 8 приведены рекомендации по выбору машин для уплотнения слоев дорожной одежды из каменных материалов разной прочности.
Рис. 6. График зависимости коэффициента уплотнения Ку от температуры асфальтобетонной смеси Тс в начале уплотнения
Техническая характеристика катков для уплотнения слоев дорожной одежды из каменных материалов
Примечания: 1. В скобках указано рекомендуемое давление воздуха в шинах (МПа).
Основы уплотнения грунта
Уплотнение – процесс увеличения платности материала путем приложения внешних сил, которые могут быть плистатическими или динамическими. Наиболее распространенными областями являются автомобильные дороги, улицы и магистрали, аэродромы, земляные дамбы, насыпи железных дорог и фундаменты зданий. Другие области применения включают в себя стоянки для машин, складские площадки, спортивные площадки, промышленные и жилые площади, строительство портов, резервуаров и каналов.
В области строительства несущая способность и устойчивость каменных материалов, грунтов, асфальтобетона и цементобетона, их непроницаемость и способность противостоять нагрузкам всегда связана со степенью уплотнения материалов; так, например, увеличение степени уплотнения на 1 % обычно соответствует увеличению прочности, по крайней мере, на 10-15 %.
Хотя стоимость уплотнения может составлять только 3-5 % от общей стоимости строительства, роль уплотнения в качестве и долговечности законченного объекта гораздо значительнее. Если оно выполнено недостаточно или неправильно, то появятся осадки или другие разрушения, результатом которых будет высокая стоимость содержания.
В приведенных выше областях применения долговечность конструкции также зависит от качества покрытия, особенно на дорогах, аэродромах, стоянках машин и складских площадках. Ровность поверхности, однородная толщина слоя, правильные продольные и поперечные уклоны также необходимы для длительной эксплуатации без больших затрат на содержание. Работа оборудования для укладки является решающей в этом отношении.
Основные факторы, которые определяют результаты уплотнения, следующие:
метод уплотнения и прикладываемая энергия.
Типы грунтов:
Плывуны
содержат мелкие глинистые или песчаные частицы, разбавленные водой. Степень плывучести определяется по количеству воды в грунте
Сыпучие грунты
состоят из слабосцепленных между собой частиц разного размера (песок, гравий, щебень, галька)
Мягкие грунты
содержат слабосвязанные между собой частицы землистых пород (глинистых или песчано-глинистых)
Слабые грунты
состоят из слабосвязанных между собой частиц пористых пород (гипс, глинистые сланцы и др.)
Средние грунты
состоят из связанных между собой частиц пород средней твердости (плотные известняки, плотные сланцы, песчаники, известковый шпат)
Крепкие грунты
содержат связанные между собой частицы пород большой твердости (плотные известняки, кварцевые породы, полевые шпаты и др.)
Классификация грунтов:
песок, супесь, суглинок лёгкий (влажный), грунт растительного слоя, торф
суглинок, гравий мелкий и средний, глина лёгкая (влажная)
глина средняя или тяжёлая, разрыхлённая, суглинок плотный
глина тяжёлая, вечномёрзлые или сезонно промерзающие грунты: растительный слой, торф, пески, супеси, суглинки и глины
крепкий глинистый сланец, некрепкий песчаник и известняк, мягкий конгломерат, вечномёрзлые или сезонно промерзающие грунты: супеси, суглинки и глины с примесью гравия,гальки,щебня и валунов до 10% по объёму, моренные грунты и речные отложения с содержанием крупной гальки и валунов до 30% по объёму.
песчаник глинистый и слабый мергелистый известняк, мягкий доломит и средний змеевик, вечномёрзлые или сезонно промерзающие грунты: супеси, суглинки и глины с примесью гравия, гальки, щебня и валунов до 10% по объёму, а также моренные грунты и речные отложения с содержанием крупной гальки и валунов до 50% по объёму.
сланцы окварцованные и слюдяные, песчаник плотный и твёрдый мергелистый известняк, плотный доломит и крепкий змеевик, мрамор, вечномёрзлые сезонно промерзающие грунты: моренные грунты и речные отложения с содержанием крупной гальки и валунов до 70% по объёму.
Влияние влажности.
Большинство грунтов достигает своей наибольшей плотности при определенном оптимальном содержании влаги для данного уплотняющего усилия. Другими словами, сухой грунт является достаточно крепким и сопротивляется уплотнению, в то время как влажный грунт мягок и его легче уплотнить. Однако, чем выше содержание влаги, тем ниже плотность материала. Уплотнение грунта следует производить при оптимальной влажности. Допускаемые отклонения для связных грунтов – ± 10 %; для несвязных грунтов – ± 20 % . При недостаточной влажности связных грунтов их следует увлажнять, как правило, в местах разработки (в резерве, карьерах). При недостаточной влажности несвязных и малосвязных грунтов допускается увлажнять их в отсыпаемом слое. При избыточной влажности грунта следует производить его подсушивание.
Количество воды – g [т], необходимой для замачивания 1 м 3 грунта по объему в выемке с целью повышения его влажности, следует определять по формуле:
Yc – объемный вес грунта в карьере [т/м 3 ];
Wo – оптимальная влажность;
Wк – влажность грунта в карьере;
Wп – потери влаги при разработке, транспортировке и укладке грунта.
Чистый песок и гравий, так же как другие дренирующие зернистые материалы, менее чувствительны к вариациям содержания влаги и могут достигать максимальной плотности в абсолютно сухом или водонасыщенном состоянии. Низкая плотность при влажности между сухим и водонасыщенным состоянием является результатом кажущейся связности, возникающей как результат капиллярных сил, которые порождены водой в частично заполненных пустотах, удерживающих частицы посредством упругих связей. Чем меньше размер частиц, тем выше кажущаяся связность.
Методы уплотнения.
Уплотняющее оборудование для грунтовых и асфальтобетонных материалов базируется на двух важнейших принципах:
Статическое уплотняющее оборудование использует собственную массу машины, чтобы обеспечить усилие на определенную поверхность и уплотнить нижележащий материал слоя. Единственный способ регулировать статическую нагрузку, передаваемую на поверхность, состоит в изменении массы или контактной площади оборудования. Статические машины в нормальных условиях обеспечивают необходимое уплотнение в основном в верхних слоях материала, так как вследствие эффекта "распора" в частицах грунта глубинное воздействие незначительно. К распространенным типам статических уплотняющих машин, которые использовались многие годы, относятся статические трехвальцовые катки, статические тандемные катки, катки на пневматических шинах и прицепные кулачковые катки.
Вибрационное уплотняющее оборудование использует вибрирующий механизм, который обычно состоит из вращающегося эксцентрикового груза. Вибрационные уплотнители используют комбинацию динамической и статической нагрузки. Они передают быстро следующие друг за другом удары на контактную поверхность, откуда вибрация или волны сжатия передаются нижележащему материалу, чтобы привести его частицы в движение. Это эффективно снижает внутреннее трение и облегчает переупаковку частиц в состояние, в котором образуется так мало пустот и такая высокая плотность, которые только возможны. Увеличение числа точек соприкосновения между частицами ведет к высокой устойчивости и прочности. Глина и другие связные материалы требуют более высоких нагрузок и, следовательно, должно быть использовано сравнительно тяжелое уплотняющее оборудование. Однако эти материалы могут быть уплотнены только в достаточно тонких слоях. Первоначально вибрационное уплотнение рассматривалось подходящим для крупнообломочного грунта, песка и гравия, но с развитием вибрационной техники этот метод стал пригоден и для глинистых грунтов, а впоследствии и для уплотнения асфальтобетона.
При вибрационном уплотнении достигается более высокая плотность и больший глубинный эффект, чем при статическом уплотнении, и полное уплотнение достигается при меньшем числе проходов. Все это объясняет, почему вибрационное оборудование является более эффективным и экономичным почти во всех случаях. Вибрация может быть использована при трамбовании всех типов материалов, и вибрационное оборудование занимает сейчас около 70 % рынка.
ВАЖНО: на уплотняющий эффект оказывает влияние прочностное состояние нижележащего слоя грунта. Уплотнение не достижимо, если поверхность подстилающего слоя податлива. Часто невозможно достичь высокой плотности в насыпи, покоящейся на нижележащем слое с низкой несущей способностью, например, из мелкозернистого грунта с высоким содержанием влаги.
Грунтоуплотняющее оборудование.
Имеется несколько типов катков, используемых для линейного уплотнения скальной отсыпки и обычных грунтов. Наиболее распространенные типы машин и их общепринятое назначение представлены ниже. Статические катки, т.е. трехколесные, тандемные (двухколесные), на пневматических шинах и кулачковые катки доминировали на рынке до начала пятидесятых, когда были достигнуты значительные успехи в развитии уплотняющей техники с использованием вибрационных прицепных катков. К началу семидесятых тракторы и катки были объединены в одно самодвижущееся устройство. Лучшая маневренность этого типа катка обеспечила ему быстрое признание и он заменил собой прицепной каток. Самодвижущийся вибрационный каток с кулачковым вальцом типа "пэдфут" используется для уплотнения связных материалов. Наибольшие вибрационные двухосные катки с одним вибрирующим барабаном также совершенствовались в начале пятидесятых годов. Размер этих машин постепенно увеличивался и сегодня они достигают нагрузки до 15 тонн с вибрацией и приводом на оба барабана.
Прицепной вибрационный каток
Пригоден для широкого круга грунтов. Тяжелые модели с толстой обечайкой вальца используются на скальнокрупноблочных отсыпках.
Диапазон массы: 3-15 тонн.
Самоходный
вибрационный каток
с одним вальцом
С одним вибрационным вальцом и приводными пневматическими колесами. Используется на каменной насыпи и грунте. Специальные модели с кулачками "пэдфут" наиболее эффективны на глинистых грунтах. Масса 3-17 тонн.
Два вальца на жесткой раме. Обычный, распространенный вариант облегченного оборудования. Масса 400-1000 кг.
Каток
на пневматических шинах.
Обычно – 7-11 пневматических шин. Передние и задние шины перекрывают следы друг друга. Уплотняющее давление может изменяться за счет пригруза водой или песком. Масса 10-35 тонн.
Обычно вибрация и привод хода - на обоих вальцах. Используется на грунте, большей частью на подстилающих слоях,
а также на асфальтобетонных покрытиях. Масса 2-15 тонн.
Статический каток
с трамбующим воздействием
Четыре кулачковых вальца. Подвижной пульт управления. Перемещается с более высокой скоростью, чем вибрационные катки. Эффективен на связных грунтах. Масса 15-30 тонн.
Легкий тандемный виброкаток
Обычно - с вибрирующим задним вальцом. Жесткая или шарнирно-сочлененная рама. Масса 1-2 тонны.
Механизмы статического и вибрационного действия для уплотнения асфальтобетона.
Имеется большое количество типов катков для уплотнения асфальтобетона. Выбор машины зависит от вида и объема работы и связан с конкретными условиями. Имеется также ряд легкого оборудования для уплотнения асфальтобетона, включающий виброплощадки, двухвальцовые ручные катки и легкие вибрационные катки — тандемы. Уплотняющее воздействие статического катка со стальными вальцами в первую очередь зависит от его статического веса, а также от диаметра вальца. Уплотняющее воздействие пневмоколесных катков определяется их статическим весом и давлением в шинах. Они часто используются в комбинации со статическими гладковальцовыми или вибрационными катками при завершении укатки, чтобы удалить следы от вальцов и для выглаживания поверхности. Использование гладковальцовых и вибрационных катков в данном случае связано именно с завершением укатки, а не уплотнением.
В вибрационных катках сочетается статическая нагрузка от вальцов с динамическими нагрузками. Вибрация значительно устраняет внутреннее трение в смеси и улучшает уплотняющее воздействие, даже если используются катки с относительно низкими статическими линейными нагрузками. Вибрационный каток всегда имеет более высокую производительность (выраженную в тоннах асфальтобетона, уложенного в час), чем статический каток того же веса. На жестких смесях эти различия выражены еще сильнее.
Обычно имеют два ведущих и управляемых вальца. Совмещенное рулевое управление. Масса катков 2-15 тонн.
Два вибрационных вальца на жесткой раме. Виброизолированная рукоять для удобства оператора. Масса катков 400-1000 кг.
Статические катки-тандемы имеют один ведущий валец. Уплотняющее воздействие может изменяться в зависимости от балластировки водой. Жесткая рама. Масса катков 6-12 тонн.
Один вибрационный валец и задняя ось с тремя или четырьмя пневматическими шинами. Жесткая рама или совмещенное управление. Масса катков 4-15 тонн.
Обычно 7-11 пневматических шин. Уплотняющее воздействие может изменяться в зависимости от балластировки обычно водой или песком и изменения давления в шинах. Масса катков 10-35 тонн.
Обычно только задний валец вибрационный. Жесткая или шарнирная рама. Масса катков 1-2 тонны.
Области применения катков.
Каменные
материалы
При уплотнении каменные материалы оказывают большое давление на уплотняющее оборудование, и катки, спроектированные для грунтов, не обладают прочностью, требуемой для уплотнения каменных материалов. Поэтому требуется особо толстая оболочка вальца из высококачественной стали.
Сверхтяжелые гладковальцовые катки могут уплотнять все разновидности каменного материала. Международные контракты теперь часто предусматривают уплотнение каменного материала слоем 1,0 м и вибрационным катком, вальцовый модуль которого весит 10 т. Более тяжелые катки могут быть использованы при уплотнении слоев толщиной 2,0 м.
Песок
и гравий
Песок и гравий идеально подходят для вибрационного уплотнения. Средние гладковальцовые катки эффективно уплотняют чистый песок и гравий слоями толщиной до 0,5 м и более. Песок и гравий с определенным содержанием мелких фракций также легко уплотняется этими катками.
Супесь
Средние и тяжелые гладковальцовые виброкатки пригодны для уплотнения супесей и супесчаных грунтов. На моренных грунтах, содержащих большие камни, тяжелые типы катков всегда дают возможность уплотнения толстых слоев.
Глина
Высокая прочность при сжатии глинистых грунтов требует большого уплотняющего воздействия. Вибрационные кулачковые катки "padfoot" (с кулачками в виде усеченной призмы) постепенно заменяют модели типа "sheepfoot" (с кулачками в виде усеченного конуса). Одной из причин этого является то, что они уплотняют поверхностный слой до более высокой и однородной плотности, чем катки типа "sheepfoot". Самоходные вибрационные катки типа "padfoot" являются наиболее экономичными в большинстве случаев. Их высокая маневренность является большим преимуществом при уплотнении в стесненных условиях, например, вблизи береговых опор мостов.
Глины могут быть также уплотнены статическими катками слоями около 20 см. С помощью их массы (15-30 тонн) и рабочей скорости создается определенное импульсное усилие, передаваемое через кулачковый валец типа "padfoot". Благодаря высокой скорости они имеют очень высокую производительность. Именно поэтому они являются экономичными при больших объемах работ по уплотнению глинистых грунтов.
Дополнительные слои и
основания
дорожной одежды
Дополнительные слои состоят главным образом из несвязных грунтов. Однако во многих странах допускается относительно высокое процентное содержание мелких частиц, в связи с чем материал дополнительного слоя становится связным. Поэтому для этих слоев подходит большое число типов вибрационных катков.
Вибрационные катки в той же мере эффективны на слоях основания из укрепленного гравия.
Асфальтобетон
Статические гладковальцовые катки, пневмоколесные катки и вибрационные катки - все они применяются при у кладке асфальтобетона.
Вибрационные катки для асфальтобетона сочетают в себе высокий уплотняющий эффект и большую производительность. Один вибрационный каток может обычно заменить два или три статических катка. Хороший уплотняющий эффект особенно проявляется на жестких смесях и в тех случаях, когда требуется высокая степень уплотнения.
Так как на различных асфальтобетонных работах требуется различный уплотняющий эффект, возникает необходимость установки двух амплитуд.
Легкие вибрационные катки являются преобладающим типом при малых объемах работ по укладке.
Пневмоколесные катки дополняют вибрационные катки на трудных и неустойчивых смесях, и во многих случаях требуются для завершения укатки поверхности.
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.
В дорожном строительстве применяют следующие основные методы уплотнения
ТЕХНОЛОГИЯ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТА ПРИ ОБРАТНОЙ ЗАСЫПКЕ КОТЛОВАНОВ, ТРАНШЕЙ, ПАЗУХ. ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ (извлечение из ТР 73-98)
Аннотация:
Дата введения 1999-01-01
Разработаны НИИМосстроем
Внесены Управлением развития Генплана
Утверждены Первым заместителем руководителя Комплекса перспективного развития города В.Е.Басиным 24 сентября 1998 года
Технические рекомендации распространяются на работы по уплотнению грунта при обратной засыпке котлованов, траншей, пазух после прокладки подземных инженерных сетей, устройства фундаментов возводимых зданий, работы по уплотнению грунта после восстановительного ремонта подземных инженерных сетей в зоне проезжей части дороги.
В рекомендациях представлены технология засыпки и уплотнения грунта, требования к плотности грунта, приведены оптимальные и допустимые отклонения влажности грунтов, применяемые машины и механизмы для производства работ, схемы организации работ и их последовательность, требования и контроль качества уплотнения в процессе производства и после окончания работ, требования техники безопасности и охраны окружающей среды.
Для определения качества уплотнения грунта в приложениях ТР представлены методики определения коэффициента уплотнения:
- метод зондирования с помощью удлиненного ударника (метод стандартного уплотнения СоюзДорНИИ);
- метод режущих колец;
- с помощью универсального динамического плотномера ДПУ "Кондор" при строительстве автомобильных дорог, аэродромов и других инженерных сооружений.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Технические рекомендации распространяются на работы по уплотнению грунта при обратной засыпке котлованов, траншей, пазух после прокладки подземных инженерных сетей, устройства фундаментов возводимых зданий.
1.2. Технические рекомендации распространяются также на работы по уплотнению грунта после восстановительного ремонта подземных инженерных сетей в зоне проезжей части дороги.
1.3. Уплотнение грунта следует производить в соответствии со СНиП 3.02.01-87 "Земляные сооружения, основания и фундаменты" и ВСН 52-96 "Инструкция по производству земляных работ в дорожном строительстве и при устройстве подземных инженерных сетей".
1.4. Характеристики, термины и определения грунтов используются в соответствии с ГОСТ 25100-95 "Грунты. Классификация".
2. ТЕХНОЛОГИЯ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТА ПРИ ОБРАТНОЙ ЗАСЫПКЕ КОТЛОВАНОВ
2.1. Разрешение на обратную засыпку грунтом котлованов дается комиссией, состоящей из производителя работ, заказчика и автора проекта, одновременно с составлением акта на скрытые работы.
2.2. Требуемая плотность грунта при засыпке котлованов назначается проектом на основании данных исследования грунта методом стандартного уплотнения, при котором устанавливается его оптимальная влажность и максимальная плотность, которая должна быть не менее 0,95.
2.3. Для определения основных свойств грунта необходимо руководствоваться техническим заключением Мосгоргеотреста об инженерно-геологических условиях участка строительства.
2.4. Уплотнение грунта следует производить, когда его естественная влажность является оптимальной. В таблице 2.1 приводятся оптимальные влажности грунтов и допустимые отклонения влажности (коэффициент "переувлажнения").
Пески пылеватые, супеси легкие крупные
Супеси легкие и пылеватые
Супеси тяжелые пылеватые, суглинки легкие и легкие пылеватые
Суглинки тяжелые и тяжелые пылеватые
Определять естественную влажность грунтов следует по ГОСТ 5180-84.
2.5. При недостаточной влажности связных грунтов (содержание глинистых частиц более 12%) их следует увлажнять в местах разработки, а увлажнять несвязные грунты (содержание глинистых частиц менее 3%) можно и в отсыпаемом слое. При избыточной влажности грунта следует производить его подсушивание.
2.6. Засыпку грунта или песка под основание полов по дну готового котлована подземной части здания осуществляют стреловыми кранами, оборудованными грейферами, с разравниванием грунта по дну котлована и уплотнением трамбовками.
2.7. Машины и механизмы для уплотнения грунтов следует выбирать с учетом свойств и состояния уплотняемого грунта (влажности, однородности, гранулометрического состава), требуемой степени уплотнения, объемов работ и темпов их выполнения (п.2.9, табл.4.1). Расстановка машин для обратной засыпки котлованов производится в соответствии с проектом производства работ по строительству конкретного здания.
2.8. Обратная засыпка котлованов производится стреловыми кранами, оборудованными грейферами, экскаваторами типа ЭО-2621В-3, ЭО-3123, ЭО-4225 и др. послойно.
2.9. Уплотнение засыпаемого грунта в котлованах производится гидромолотами типа СП-62, СП-71, "РАММЕР", виброплитами ДУ-90, ДУ-91, электротрамбовками ИЭ-4502А. На рис.2.1 представлена схема засыпки грунта под полы в подвале здания.
Рис.2.1. Схема засыпки грунта под полы в подвале здания:
а) сборные фундаменты, б) свайные фундаменты;
1 - сборный фундамент с установленной колонной; 2 - зона уплотнения грунта ручными электротрамбовками;
3 - зона уплотнения грунта механическими трамбовками; 4 - стена здания; 5 - железобетонный ростверк;
6 - забитая свая. В - принимать по табл.3.1
2.10. Средняя толщина отсыпаемого слоя грунта при применении гидромолотов и виброплит должна быть для: песка - 70 см; супеси и суглинков - 60 см; глины - 50 см. При применении электротрамбовок типа ИЭ-4502А толщина отсыпаемого слоя должна быть не более 25 см.
2.11. Для достижения плотности уплотняемого грунта до К=0,95 время уплотнения по одному следу гидромолотами должно быть 15 секунд. При применении виброплит и электротрамбовок число проходов (ударов) должно быть 3-4. Каждый последующий проход (удар) уплотняющей машины должен перекрывать след предыдущей на 10-20 см.
2.12. Выполненные работы по уплотнению грунта предъявить авторскому и техническому надзорам и составить акт на скрытые работы.
3. ТЕХНОЛОГИЯ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТА ПРИ ОБРАТНОЙ ЗАСЫПКЕ ПАЗУХ
3.1. До начала обратной засыпки грунтом пазух должны быть закончены следующие работы: монтаж конструкций подземной части зданий; уборка строительного мусора; гидроизоляция; дренаж.
3.2. Требуемая плотность песчаного грунта при засыпке пазух должна быть не менее K=0,98.
3.3. Засыпка пазух производится послойно экскаваторами, экскаваторами-планировщиками, бульдозерами. При этом толщина слоя для песка должна быть не более 70 см; для супеси и суглинка - 60 см, для глины - 50 см.
3.4. Уплотнение засыпаемого грунта в пазухах осуществляется гидромолотами типа СП-62, СП-71, "РАММЕР", виброплитами ДУ-90, ДУ-91.
3.5. Для достижения плотности уплотняемого грунта до K=0,98 время уплотнения по одному следу должно быть 20 секунд.
3.6. Грунт уплотняют, начиная с зон возле конструкций здания, а затем двигаются в направлении к краю откоса, при этом каждый последующий проход трамбующей машины должен перекрывать след предыдущей на 10-20 см (рис.3.1).
Рис.3.1. Схема обратной засыпки пазухи котлована:
1 - отмостка; 2 - стена здания; 3 - вертикально установленная керамзитобетонная плита;
4 - зона уплотнения грунта вручную; 5 - фундаментная плита; 6 - горизонтально уложенная
керамзитобетонная плита; 7 - дренажная труба; 8 - граница засыпки дренажа песком;
9 - слои грунта, уплотняемые легкими механическими трамбовками; п.п. - пол подвала;
- толщина отсыпаемого слоя грунта принимается до 0,25 м
Примечание. Керамзитобетонные плиты могут быть заменены полимерными материалами согласно ВСН 35-95 "Инструкция по технологии применения полимерных фильтрующих оболочек для защиты подземных частей зданий и сооружений от подтопления грунтовыми водами".
3.7. При работе по уплотнению грунта вблизи конструкций возводимого здания, мест ввода коммуникаций и других труднодоступных мест должны применяться электротрамбовки типа ИЭ-4505, ИЭ-4502А. При этом толщина отсыпаемого слоя должна быть не более 25 см и количество проходов - не менее 4.
3.8. Отметки верхнего слоя уплотняемого грунта должны строго соответствовать проекту.
3.9. Выполненные работы предъявить авторскому и техническому надзору и составить акт на скрытые работы.
Читайте также: