4.8. 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 части­

цы 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.

_г\ 1 Л") я нЯ А

³) П 15

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

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 2 специальной формы, прикрепленных к съемным бандажам, надетым на полый барабан /, заполняемый балластом (обычно песком). Налипающий на кулачки грунт счищается скреб­

ками. 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 4, пригру- женными балластом 3, и могут быть прицепными (рис. 4.57, б), 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 5 и зад­ние ведущие 6 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 9 прицепного катка (рис. 4.57, Э) имеется мощный вибратор направленных колебаний, приводимый в действие от уста­новленного на раме катка двигателя внутреннего сгорания 7 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 11 массой 1...1,5 т, подвешенными на стропах к подъемному канату 10 (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 с*¹, 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 10 с ходоуменьши- телями. Рабочим органом таких машин (рис. 4.57, ж) являются две чугунные плиты 12 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.

Эксплуатационная производительность уплотняющих машин

(м³/ч) непрерывного действия

_Пэ = _{(4 34)}

где В — ширина полосы уплотнения, м; Ъ — ширина перекрытия смежных полос уплотнения, м (Ь = 0,1 м); v — средняя рабочая ско­рость движения машины, км/ч; к — толщина слоя уплотнения, м; т — необходимое число проходов по одному месту; к_в — коэффициент ис­пользования машины по времени (к_в = 0,8...0,85).

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