Цупиков С.Г. (ред.) Справочник дорожного мастера

Подождите немного. Документ загружается.

V - объём цилиндра (1000 см

Зная влажность и плотность влажного грунта, определяют среднюю

плотность скелета грунта

ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ (1.8.2)

где W - влажность грунта, %.

После этого грунт из разъёмного цилиндра высыпают в чашку, добавляют

2...3 % воды и повторяют операцию, описанную выше.

Затем по полученным значениям (W,



) строят кривую (рис. 1.8)

стандартного уплотнения, отображающую зависимость плотности скелета от

влажности грунта при уплотнении, максимум которой определяют два

параметра: оптимальную плотность



и оптимальную влажность W

. Если

грунт содержит частицы крупнее 5 мм, то в оптимальную плотность,

определенную для отсеянного грунта, вводят поправки, которые приведены в

табл. 1.8.1.

Рис. 1.8. Кривые для определения оптимальной плотности и влажности:

1 - стандартное уплотнение на приборе СоюздорНИИ; 2 - усиленное уплотнение (США)

Таблица 1.8.1

Ориентировочные значения поправок в зависимости от процентного содержания частиц

крупнее 5 мм

Содержание частиц крупнее

5 мм, %

Поправки

Содержание частиц

крупнее 5 мм, %

Поправки

на

плотность

на

влажность

на

плотность

на

влажность

5 1,02 0,95 20 1,08 0,80

10 1,04 0,90 30 1,13 0,70

15 1,06 0,85 40 1,18 0,60

При обосновании параметров прибора стандартного уплотнения в

СоюздорНИИ исходили из того, чтобы полученные в нем плотности были

достаточно близки плотностям грунта в насыпях, проработавших не менее 20

лет, и, вместе с тем, практически достижимы с помощью уплотняющих

средств массой до 10...15 т. Полученные величины оптимальных плотности и

влажности грунта не являются наилучшими, так как, повышая при

уплотнении число ударов или массу груза, можно получить более высокую

оптимальную плотность, меньшую оптимальную влажность грунта и

соответственно более прочную структуру (рис. 1.8). В США Американская

ассоциация дорожных работников (AASHO) предложила новый способ

повышенного уплотнения грунтов. Он предусматривает массу уплотняющей

гири 4,5 кг, высоту ее падения 45 см, уплотнение образца грунта в пять слоев

25 ударами гири на каждый слой. Этот метод теперь принят в США и ряде

других стран как стандартный. Требования к плотности, установленные этим

методом, выполнимы при условии использования машин для уплотнения

повышенной массы и мощности и обеспечения оптимальной влажности

грунта. В США для уплотнения грунтов применяют кулачковые катки

массой до 100 т и на пневматических шинах массой до 300 т.

Практически каждому средству уплотнения соответствует некоторый

предел затрат работы, после которого эффект уплотнения, если и

повышается, то весьма незначительно (рис. 1.8.2).

Рис. 1.8.2. Увеличение плотности грунта по мере роста работы, затраченной на

уплотнение:

1 - трамбовка (один удар соответствует пяти рабочим проходам катка массой 5 т); 2 -

кулачковый каток массой 5 т; 3 - гладкий каток массой 8 т; 4 - каток на пневматических

шинах массой 15 т

Грунт земляного полотна, уплотненный до оптимальной плотности по

методике СоюздорНИИ, обеспечивает отсутствие осадок насыпи и в то же

время остается во время замерзания и последующего оттаивания грунта без

существенных изменений. Следует иметь в виду, что в северных районах

стабильное уплотнение грунта в верхнем промерзающем слое обычно не

превышает 0,95...1,0 от оптимального уплотнения; по, этой причине в

северных районах нет необходимости производить усиленное уплотнение

грунта. В то же время в южных районах усиленное уплотнение (1,05...1,1)

позволит уменьшить расходы на строительство дорожной одежды.

1.9. Требования к плотности грунта в теле насыпи

Распределение величин вертикальных давлений в теле земляного полотна

по высоте насыпи показано на рис 1.9.1. В верхних слоях насыпи действует в

основном давление от временной нагрузки, которое при отсутствии

дорожной одежды составляет до 0,7 МПа, а при наличии дорожной одежды

не превышает 0,2 МПа. В нижних слоях давление от временной нагрузки

понижается и на глубине 1,0 м не превосходит 0,03...0,04 МПа, далее оно

быстро затухает. Давление от собственной массы насыпи на глубине 1,0 м

достигает 0,2 МПа, а при большей глубине оно превышает давление от

временной нагрузки.

Рис. 1.9.1. Распределение вертикальных давлений в зоне земляного полотна:

а - от временной нагрузки; б - от собственной массы

Давление от горизонтальных усилий, возникающих на колесах

автомобилей при торможении, трогании с места и перемене скоростей,

быстро затухает и на глубине 1,2...1,0 м в расчете его можно не учитывать.

При этом следует иметь в виду, что в верхней части земляного полотна

давление действует не постоянно, а периодически при наличии временной

нагрузки, тогда как в нижней части оно создается собственной массой, и

поэтому действует постоянно.

При определении требуемой степени уплотнения грунта по высоте

земляного полотна необходимо учитывать изменение влажности и

температуры в течение года.

Отсюда следует, что требуемое уплотнение по высоте насыпи не должно

быть обязательно одинаковым. Назначаемая плотность должна учитывать

эксплуатационные условия, в которых фактически будет находиться грунт

(рис. 1.9.2).

Рис. 1.9.2. Распределение требуемой плотности по высоте насыпи

В верхних слоях земляного полотна на глубине 1,5...1,2 м имеют место

наибольшие удельные давления от временной нагрузки, требующие

максимально возможного уплотнения в целях повышения несущей

способности грунта. Кроме того, нужно учитывать возможное изменение

плотности грунта за счет сезонных колебаний влажности и промерзания.

В слоях ниже 1,5...1,2 м, где суммарное давление от временной нагрузки и

собственной массы грунта невелико, а сезонные колебания влажности и

промерзания имеются только на откосах насыпей, требования к уплотнению

земляного полотна могут быть снижены.

В нижних слоях насыпи плотность грунта необходимо задавать из условия

соответствия ее давлению от собственной массы насыпи.

Плотность грунта, которая должна быть достигнута при сооружении

земляного полотна, определяют по формуле



тр



·K

тр ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ

(1.9.1)

где



- оптимальная плотность скелета грунта, г/см

;

тр

- коэффициент уплотнения, установленный действующими нормами

(табл. 1.9.1).

Таблица 1.9.1

Значения минимального требуемого коэффициента К

тр

от оптимального уплотнения К

Вид земляного

полотна

Часть земляного

полотна

Глубина

расположения

слоя от

поверхности

покрытия, м

Дороги с

усовершенствованными

покрытиями капитального

типа

Дороги с

усовершенствованными

облегченными и

переходными покрытиями

Коэффициент уплотнения в дорожно-климагических

зонах

II, III IV, V II, III IV, V

Насыпи

Верхняя До 1,5 1...0,98 0,98...0,95 0,98...0,95 0,95

Нижняя не

подтапливаемая

1,5... 6,0 0,98...0,95 0,95 0,95 0,95

Более 6,0 0,98 0,95 0,95 0,95...0,90

Нижняя

подтапливаемая

1,5...6,0 0,98...0,95 0,95 0,95 0,95

Более 6,0 0,98 0,98 0,95 0,95

Выемки,

нулевые места

и естественные

основания

В зоне

промерзания

До 1,2 1...0,98 0,98...0,95 0,98...0,95 0,95

Нижние зоны

промерзания

До 1,2 0,95 0,95...0,92 0,95...0,92 0,90

П р и м е ч а н и е . Большие значения коэффициента уплотнения относятся к дорогам с цементобе-

тонными и цементогрунтовыми покрытиями и основаниями, а также с усовершенствованными

облегченными покрытиями.

Необходимость уплотнения грунтов в выемках, нулевых местах и

естественных основаниях устанавливают путем определения фактической

плотности этих грунтов и её сопоставления с требуемой. Изменения

плотности грунтов в результате искусственного уплотнения, учитываемые

при подсчете объёмов земляных работ, характеризуют коэффициентом

относительного уплотнения К

отн

(табл. 1.9.2).

ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ (1.9.2)

где V

peз

- объем грунта взятого из резерва;

нac

- объем того же грунта в насыпи после уплотнения;



тр

- требуемая плотность грунта в теле насыпи;



рез

- плотность грунта в естественном состоянии.

Плотность грунта в естественном состоянии



рез

определяют

непосредственно взятием проб грунта из резерва. Берут одну пробу на

1500...2000 м

грунта. Ориентировочные значения К

отн

приведены в табл.

1.9.2.

Таблица 1.9.2

Значения коэффициента относительного уплотнения

Требуемый

коэффициент

Грунт Каменные материалы при плотности и

естественном залегании, кг/м

уплотнения грунта

насыпи К

тр

пески, супеси

пылеватые,

суглинки

суглинки,

глины

лессы и

лесовидные

грунты,

черноземы

1900...2000 2200...2400 2400...2700

Коэффициент относительного уплотнения К

отн

1,0 1,10 1,05 1,20 - - -

0,95 1,05 1,00 1,15 0,90 0,85 0,80

0,90 1,00 0,95 1,10 - - -

Если влажность грунта на 2...3 % больше или меньше оптимальной, то оптимальную

плотность получить нельзя. Оптимальная влажность способствует повышению сцепления

в грунте за счет образования более прочно адсорбированных водных пленок.

1.10. Выбор машин для уплотнения земляного полотна

Для достижения требуемой плотности грунта в теле насыпи требуется

искусственное уплотнение, поскольку плотность отсыпаемого грунта гораздо

меньше требуемой. Так, при возведении земляного полотна бульдозерами

плотность грунта, укладываемого ими в насыпь, не превышает 0,7...0,8 от

оптимальной. При использовании грейдер-элеваторов эта величина ещё ниже

и чаще всего находится в пределах 0,55...0,70. Скреперы и автомобили-

самосвалы обеспечивают более высокую плотность (0,80...0,95) благодаря

укатке грунта колесами при транспортировке грунта по возводимому слою

насыпи.

Существуют три основных способа уплотнения грунтов: укаткой,

вибрированием и трамбованием. Выбор способа уплотнения зависит от вида

грунта, его влажности, толщины уплотняемого слоя, потребной степени

уплотнения, производительности и маневренности машин. Техническая

характеристика машин для уплотнения грунтов приведена в табл. 1.10.1 [53].

Таблица 1.10.1

Машины для уплотнения грунтов

Тип и марка машины

Базовый

трактор

Масса, т (без

балласта и с

балластом)

Параметры уплотнения

Мощность

двигателя,

кВт

Скорость

движения,

км/ч

толщин

а слоя,

ширина слоя, м

Вибрационные катки:

ДУ-70 (прицепной) МТЗ

80/82

5,7 0,30 2,0 - 3...6

ДУ-74 (самоходный) Д-243 9,0 0,35 1,7 55,2 До 7

ВГ-1202 (самоходный) Д-245 12,0 0,40 2,25 73,5 >>5,6

ДУ-62А (самоходный) Д-440-11 13,0 0,45 2,0 93,5 >>6,5

ДУ-58А (самоходный) Д-40-11 15,0 0,45 2,0 93.5 >>6,5

ДУ-57-А (самоходный) - 8,8 0,35 2,4 121 >>7,0

Д-603 (прицепной) T-75 6,0 До 0,2 1,8 36,7 >>3,0

Д-63(прицепной) Т-100 12,0 0,30 1,8 88,2 >>3,0

Кулачковые катки:

ДУ-70-1 (прицепной) T-I50K 6,3 0,25 2,0 110,2 >>6,0

ДУ-26 (прицепной) Т-75 5,0 и 9,0 0,20 1,8 55,1 4,5

ДУ-3А (прицепной) Т-100 12,3 и 30,0 0,35 2,8 73,5 >>15

ДУ-32А (прицепной) Т-100 9,0 и 18,0 0,30 2,6 73,5 >>4

Катки на

пневматических шинах:

ДУ-30 (прицепной) Т-75 4,0 и 12,0 0,27 2,2 55,1 5...8

ДУ-39А (прицепной) Т-100 6,28 и 25,0 0,35 2,53 73,5 5...10

ДУ-16В

(полуприцепной)

МАЗ-

529Е

7,3 и 25,9 0,40 2,62 220 15...40

Д-599 (полуприцепной) БелАЗ-

531

27,8 и 56,7 0,43 2,68 - 15...40

ДУ-65 (самоходный) Д-243 12,0 0,40 1,7 55,2 До 8,0

Трамбующие машины:

ДУ-12

T-100М 6 (масса плиты 1,4) 1,0

2,5 (площадь

плиты 1,0 м

)

73,5 0,08...0,2

Дизель-трамбующая,

самоходная ЦНИИС-

РМЗ

- 18,8 1,2

2,8 (площадь

трамбовки 0,4

)

- До 0,3

ДУ-90 (вибромашины) СП-6Д 0,23 0,35 0,55 4,4 -

При уплотнении укаткой сближение частиц грунта и придание ему устойчивой структуры

обеспечивается благодаря действию массы катка, многократно проехавшего по

поверхности уплотняемого грунта. Моторные катки с гладкими вальцами из-за малой

эффективности используют только при завершающей стадии укатки верхнего слоя насыпи

для придания ему ровности. Пневмоколесные катки могут уплотнять все виды грунтов. Их

основные преимущества по сравнению с катками с гладкими вальцами заключаются в

большей площади контакта с поверхностью грунта, более равномерным распределением

давления по этой площади, а также в том, что благодаря эластичности шины эта площадь

в процессе укатки сравнительно мало изменяется. Все это способствует увеличению

глубины распространения напряжений в уплотняемом грунте и длительности их

воздействия по сравнению с катками с гладкими вальцами, при повторных проходах

которых площадь контакта и глубина распространения напряжений постоянно

уменьшается.

Эффективное уплотнение грунта укаткой обеспечивается при условии, что

удельное давление рабочего органа катка на грунт близко к его пределу

прочности. При недостаточных контактных давлениях необходимая

плотность не может быть достигнута, а при превышении давления возникают

явления местного разуплотнения (волнообразование перед колесами катков).

При уплотнении катками на пневматических шинах предел прочности

составляет: песков и супесей 3...4, легких суглинков 4...6, тяжелых суглинков

6...8, глин 8...10 Па. В соответствии с этим, при уплотнении связных грунтов

рекомендуется применять катки с давлением в шинах 5...6 атм., а при

уплотнении несвязных грунтов - в пределах 2...3 атм. Конструкция катков на

пневматических шинах позволяет регулировать как давление в шинах, так и

массу катка, зависящую от его загрузки балластом.

Самоходные катки на пневматических шинах отличаются от прицепных

большей маневренностью, поэтому они находят широкое применение на

участках небольшого протяжения и при ограниченном фронте работ.

Кулачковые катки рекомендуется использовать для уплотнения тяжелых

связных грунтов, особенно комковатых. Особенность работы этих катков

заключается в том, что они уплотняют грунт, расположенный ниже уровня

заглубления кулачков, верхнюю же часть слоя, находящуюся выше этого

уровня, разрыхляют. Уплотнение этой части слоя, толщина которой обычно

не превышает 5...6 см, достигается после отсыпки и укатки следующего слоя.

Барабаны кулачковых катков изготавливают полыми для возможности их

загрузки балластом.

Для уплотнения несвязных грунтов кулачковые катки неэффективны, так

как такие грунты они только разрыхляют. Хорошие результаты достигаются

при использовании кулачковых катков в комплекте с катками на

пневматических шинах. В этом случае в начальной стадии уплотнения

рыхлый грунт укатывают кулачковыми катками, а для окончательного

уплотнения и придания требуемой плотности и ровности верхней части слоя,

используют катки на пневматических шинах.

Решетчатые катки эффективны для уплотнения комковатых связных

грунтов, гравелистых, а также содержащих мерзлые комья. Вальцы этих

катков сделаны из сварной или литой решетки с квадратными ячейками

1515 или 2020 см. Решетчатые катки, также как кулачковые, рационально

применять в комплекте с катками на пневматических шинах.

Производительность катка, м

/смену, можно определить по формуле

ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ (1.10.1)

где Т - продолжительность смены, ч;

К - коэффициент использования рабочего времени (К

= 0,85);

L - длина захватки, м;

Н - толщина уплотняемого слоя в плотном теле, м;

в - ширина вальца катка, м;

- ширина полосы перекрытия следа предыдущего прохода м, (в

= 0,2 м);

V - рабочая скорость, м/с;

пов

- время на поворот, с;

п - необходимое число проходов катка по одному следу.

При уплотнении грунтов вибрированием взаимное перемещение частиц

возникает вследствие колебательных движений, сообщаемых вибратором. В

процессе взаимных перемещений частицы постепенно занимают все более

устойчивое положение, чем обеспечивается повышение плотности грунта.

Уплотнению вибрированием хорошо поддаются несвязные и малосвязные

грунты. Суглинки и глины, характеризуемые преобладанием мягких частиц и

хорошим сцеплением, уплотнять вибрированием неэффективно. Наибольшее

применение в дорожном строительстве получили прицепные вибрационные

катки. Рабочим органом виброкатка является жесткий валец, сообщающий

грунту колебательные движения и одновременно воздействующий на него

своей массой. Значительно реже для уплотнения грунта используют

виброплиты.

Основными параметрами, характеризующими вибрационные машины,

являются их масса, возмущающая сила, частота колебаний и размеры

рабочего органа - вальца или плиты.

Производительность вибрационных машин определяют по формуле

ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ (1.10.2)

где Z- коэффициент использования рабочего времени с учетом

поворотов, равный 0,7...0,8. Остальные обозначения так же, как в (1.10.1).

В последние годы виброуплотнение получает все большее

распространение, увеличивается разнообразие машин, особенно

перспективными считают самоходные вибрационные катки

комбинированного действия. Виброкатками массой 4...5 т уплотняют грунт

слоями 40...50 см, катками большей массы - слои толщиной 60...80 см.

Количество проходов по одному следу при оптимальной влажности грунта

составляет четыре - пять.

Трамбование является эффективным универсальным способом

уплотнения, пригодным для любого вида грунтов. Важным преимуществом

трамбования является возможность уплотнять грунт слоями большей

толщины, чем при применении других способов уплотнения, и в стесненных

условиях. Наиболее простым устройством для уплотнения грунтов

трамбованием является трамбующая плита, подвешенная к стреле

экскаватора или крана. Масса плит от 2...3 до 12...15 т, высота подъёма и

сбрасывания плиты в начале 2 м, затем 5...6 м. Толщина уплотняемого слоя

равна ширине плиты. Количество ударов два - три. Уплотнение верхнего

слоя производят катками или сбрасыванием плиты с высоты 0,5 м.

Наряду с трамбующими плитами для уплотнения грунта трамбованием

могут быть использованы трамбующие машины со свободнопадающими

плитами на базе гусеничных тракторов, дизель-трамбовочные машины,

рабочими органами которых служат дизель-трамбовки и др.

Производительность трамбующей машины можно определить по формуле

ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ (1.10.3)

где В - ширина плиты, м.

Оптимальную толщину уплотняемого слоя гладкими вальцовыми катками,

кулачковыми катками и катками на пневматических шинах можно

определить по формулам, приведенным в табл. 1.10.2.

Таблица 1.10.2.

Формулы для определения оптимальной толщины уплотняемого слоя

Уплотняющее средство Связные грунты Несвязные грунты

Гладкие вальцовые катки

Кулачковые катки H = 0,65(I + 2,5b - h

) He уплотняют

Катки на пневматических шинах

Условные обозначения:

W, W

- соответственно фактическая и оптимальная влажность грунта;

q - удельное линейное давление, Па;

R - радиус вальца катка, см;

I - длина кулачка, см;

b - минимальный размер опорной части поверхности кулачка, см;

- глубина рыхления уплотненного слоя грунта кулачками (5 см);

Q - нагрузка на колесо катка, кг.

Основные данные, характеризующие различные уплотняющие средства, и

области рационального применения приведены в табл. 1.10.3.

Таблица 1.10.3

Основные характеристики уплотняющих машин

Наименование и тип Оптимальная толщина слоя Необходимое число Примерная