Материал: Zem_rab_ch2

4. Уплотнение насыпных земляных сооружений

4.1. Нормирование плотности грунта

Стабильность пути железнодорожных линий в большой мере зависит от качества уплотнения грунтов, осуществляемого в процессе сооружения земляного полотна. При недостаточном уплотнении возможны неравно-мерные осадки и деформации основной площадки. В настоящее время предусмотрено строгое нормирование плотности грунтов в теле вновь со-оружаемой насыпи.

Излагаемый в данном разделе материал основывается на знании кур-са механики грунтов, поэтому здесь не приводятся развернутые определе-ния физико-механических свойств грунтов и способы их определения.

49

В дальнейшем используются следующие условные обозначения:

W – влажность грунта, %;

W_т – влажность на границе текучести, %;

W_p – влажность на границе раскатывания, %; W_o – оптимальная влажность, %;

• – объемный вес влажного грунта, г/см³;

• – объемный вес скелета грунта (плотность), г/см³;

• _н – нормативная плотность, г/см³;

• _max – максимальная стандартная плотность, г/см³;  – удельный вес грунта, г/см³; _в – удельный вес воды, г/см³; К – коэффициент уплотнения;

К₁ – коэффициент относительного уплотнения.

Эффективность уплотнения зависит от рода грунта, его влажности, толщины уплотняемого слоя, грунтоуплотняющей машины, технологии возведения насыпи, а также от температурных условий во время производ-ства работ.

Степень уплотнения грунта характеризуется коэффициентом уплот-нения К, равным отношению фактической плотности δ к максимальной стандартной плотности δ_max; последняя определяется в лаборатории при соответствующих условиях стандартного уплотнения:

• = δ / δ_max.

Контроль качества уплотнения грунта в процессе возведения насы-пи заключается в систематическом сравнении фактической плотности грунта с нормативной плотностью; при этом должно соблюдаться усло-вие:

•  δ_н .

Нормативная плотность определяется из условия:

δ_н = К  δ_max .

Максимальная стандартная плотность грунта (δ_max) определяется в результате проведения испытания грунтов в лабораторных условиях либо методом определения ориентировочного значения максимальной стан-дартной плотности и оптимальной влажности грунтов. Термин стандарт-ная плотность подразумевает затрату определенного количества работы на уплотнение образца в определенных условиях.

• лаборатории стандартное уплотнение грунта производится с по-мощью прибора стандартного уплотнения (рис. 4.1), который состоит из следующих деталей: подстаканника 1; разъемного стакана 2 вместимостью

50

1000 см³, диаметром 100 мм и высотой 127 мм; верхнего стакана (насадки) 3; стойки с уплотнителем 4 (вес стойки с уплотнителем 1,4 кг); груза 5 ве-сом 2,5 кг; ограничительного кольца 6 с винтом и зажимного кольца 7 с зажимными винтами 8.

бюксы из внутренней части уплотненного образца.

Испытание повторяется до тех пор, пока объемный вес влажного грунта не станет уменьшаться. После окончания опыта и определения влажности вычисляется объемный вес скелета грунта (плотность δ), г/см³:

δ = γ / (1+ 0,01∙ W),

где γ – объемный вес влажного грунта;

W – влажность, %.

На основании данных, полученных в результате испытаний, вычер-чивается кривая зависимости плотности грунта от влажности (рис. 4.2). По этой кривой определяется максимальная стандартная плотность. Соответ-ствующая этой плотности влажность является оптимальной влажностью грунта.

• дополнение к основному методу при текущем контроле качества уплотнения грунта можно ориентировочно определять максимальную стандартную плотность и оптимальную влажность расчетным методом, не прибегая для всех образцов к стандартному уплотнению их в приборе.

51

Рис. 4.2. Кривая стандартного уплотнения

• этом случае максимальную плотность δ_max определяют по форму-ле, г/ см³:

δ_max = ( – (1 – 0,01∙V)) / (1 + ∙ 0,01∙ W_o / _в),

где  – удельный вес минеральной части, г/ см³, который при такого рода расчетах может быть принят равным для супесей 2,68, для суглин-ков 2,7, для глин 2,74;

_в – удельный вес воды;

22. – объем содержащегося в грунте воздуха при оптимальной влажно-сти, % (обычно принимают 3–5 %);

W_o – оптимальная влажность, %.

Ориентировочно значение оптимальной влажности W_o, %, может быть определено следующим образом:

по известному значению влажности на границе раскатывания W_р: W_o = W_р – a,

где a – поправка для глинистых грунтов, равная 1–2%;

по известному значению влажности на границе текучести W_т:

W_о =  ∙ W_т ,

где  – переходный коэффициент; ориентировочно для суглинистых чер-ноземов  = 0,65.

Уплотнение грунта до установленных норм приводит к тому, что плотность грунта в насыпи иногда оказывается выше плотности грунта в резервах или карьерах. В связи с этим в забое потребуется разработать объем грунта больший, чем в насыпи после уплотнения. Таким образом,

52

при установлении фактического рабочего объема земляных работ следует учитывать коэффициент относительного уплотнения грунта К₁ , опреде-ляемый как отношение грунта, взятого из резерва (карьера, выемки), V_рез к объему этого же грунта, который он занял после уплотнения в теле насы-

пи, V_нас:

К1 = Vрез / Vнас

или

К1 = δнас / δрез,

где δ_нас – средняя плотность грунта в насыпи;

δ_рез – средняя плотность грунта в карьере или разрезе.

Среднюю плотность грунта определяют на основании отбора проб грунта в насыпи и в резервах в процессе сооружения земляного полотна.

Для участка насыпи средняя плотность может быть определена по формуле:

где δ_i – фактически замеренные плотности грунта в насыпи, гсм³;

14. – общее число замеров плотности.

Для определения средней плотности грунта в резерве (карьере) пред-варительно вычисляется средняя плотность грунтов в одном шурфе:

где _i^ш – средняя плотность i-го шурфа, г/см³;

• _j – плотность отдельных слоев грунта i-го шурфа, г/см³;

h_j – толщины соответствующих слоев, см;

j = 1, 2,…, n – количество слоев грунта i-го шурфа.

Средняя плотность грунта в резерве (карьера) по данным нескольких шурфов:

где n – число шурфов (обнажений), которые должны размещаться равно-мерно по всей площади разрабатываемого резерва (карьера).

Подставляя полученные средние значения δ_нас и _рез в выражение для К₁, получим коэффициент относительного уплотнения грунта и факти-ческий объем земляных работ:

Vрез = К1Vнас.

53

Для ориентировочного определения рабочей кубатуры при заданном коэффициенте уплотнения коэффициент относительного уплотнения К₁ может быть принят по табл. 4.1.

4.2. Производство работ по уплотнению насыпных земляных сооружений

Технология возведения железнодорожных насыпей должна обеспе-чивать прочность и устойчивость насыпей, а также необходимые их разме-ры, должна исключать неравномерные осадки и деформации основной площадки земляного полотна.

Как правило, насыпи отсыпаются послойно в такой последователь-ности: разбивка насыпи на уровне отсыпаемого слоя (через 10–20 м ко-лышками отмечаются точки оси и бровок), выгрузка грунта, его разравни-вание, уплотнение.

Как видно из предыдущего, наибольшая плотность достигается при уплотнении грунтов оптимальной влажности, поэтому грунты незначи-тельной влажности перед уплотнением необходимо увлажнять.

Рекомендуемая влажность для грунтов в процентах составляет: глин – 23…28; тяжелых суглинков – 22…23; легких суглинков и супесей – 15…17; чернозема – 25…35; лѐссов – 19…21.

Искусственное уплотнение грунта повышает модуль деформации и сопротивление грунта сдвигу, благодаря чему повышается устойчивость откосов и насыпей. Уплотненный грунт становится более водонепрони-цаемым и водоустойчивым.

Послойное уплотнение грунта в насыпных сооружениях и обратных засыпках котлованов и траншей осуществляется укаткой – с помощью са-моходных, полуприцепных и прицепных катков, транспортных средств (автомобилей и прицепов-землевозов), а также землеройно-транспортных машин (бульдозеров и скреперов); трамбованием – специальными трам-бующими машинами, навесными трамбующими плитами, а также пневма-тическими и электрическими трамбовками (для стесненных условий); виб-

54

рованием – подвесными, прицепными и самоходными вибраторами; ком-бинированным способом – виброкатками-агрегатами.

Основные параметры, характеризующие процесс уплотнения, зави-сят от свойств грунтов, способов уплотнения и типов применяемых грун-тоуплотняющих машин и оборудования.

Трамбующие машины и оборудование служат для уплотнения связ-ных и глинистых грунтов, отсыпаемых слоями толщиной 1…1,5 м. Не-связные песчаные грунты, как правило, не трамбуют, так как вблизи от места удара грунт разуплотняется.

• строительстве используют трамбующие плиты на экскаваторах и трамбующие машины непрерывного действия.

Трамбующие плиты, навешиваемые на канат экскаватора-драглайна, применяют для уплотнения грунтов в местах с узким фронтом работ, не-доступных для уплотняющих машин других типов.

Свободно падающую плиту массой 0,8…1,5 т из чугуна или железо-бетона круглой или квадратной формы в плане прикрепляют на трех-четырех цепях или канатных стропах к концу подъемного каната драглай-на. Вспомогательный канат с легким оттяжным грузом служит для исклю-чения вращения плиты и закручивания основного подъемного каната. При ручном управлении подъемами-сбросами плиты и поворотами стрелы в плане частота ударов не превышает 3…5 мин ^–1, что обуславливает невы-сокую производительность трамбующих плит на экскаваторах и ограни-ченное их применение.

Трамбующие машины непрерывного действия выпускаются в двух модификациях: ДУ-12Б и ДУ-12В – для агрегатирования с гусеничными тракторами Т-100М и Т-130.

Рабочим органом машины служат две плиты, подвешенные рядом на подъемных канатах сзади трактора. Плиты поочередно поднимаются кана-тами и свободно падают на поверхность грунта, осуществляя его трамбо-вание на полосе, равной по ширине захвату обеих плит.

Во время работы трактор движется с замедленной ходоуменьшите-лем скоростью, которая выбирается соответственно необходимому числу ударов плит по одному месту. При транспортных передвижениях машины плиты поднимаются в верхнее положение, где удерживаются крюками. При работе крюки переводят в нерабочее положение с помощью механиз-ма, управляемого из кабины водителя.

Глубина уплотняющего воздействия, определяющая толщину отсы-паемого слоя, зависит от массы катка, типа его рабочего органа и числа проходов по одному следу.