13.1. ПОВЕРХНЕВЕ І Глибина ущільнення ГРУНТОВ
13.1.1. загальні положення
Ущільнення грунтів проводиться укочуванням, трамбуванням, вібрацією, віброударамі, вибухами, статичним навантаженням від власної ваги грунту, а також від додаткової пригрузки [4. 9].
При укоченні на грунт передається похиле тиск, що складається з вертикального від власної ваги механізму і горизонтального, що виникає за рахунок тягового зусилля. Найбільш ефективним для ущільнення грунту є похиле тиск, що створюється перекочування колеса або барабана.
Трамбування грунту пов'язане з ударами робочого органу - трамбування, піднятою на деяку висоту, про грунт [9]. Ущільнення грунту відбувається під впливом передається на нього ударної енергії і супроводжується переміщенням частинок грунту в вертикальному і горизонтальному напрямках. При цьому тільки частина ударної енергії витрачається на ущільнення, а решта поглинається грунтом за рахунок його пружного стиснення.
При ущільненні вібрацією і віброударамі на грунт передаються коливальні й ударні впливи від робочого органу в результаті чого відбувається щільніше укладання грунту і його ущільнення. Вібраційні і віброударні впливу розрізняються між собою по частоті і амплітуді коливань. Зі зменшенням частоти і збільшенням амплітуди коливань вібраційні впливу переходять в віброударні, а машини відповідно називають вібраційними і виброударной.
При вибухах грунти ущільнюються під впливом енергії ударної хвилі і коливань грунту, що виникають під час вибуху вибухової речовини. При цьому лише невелика частина енергії вибуху витрачається на ущільнення грунту, решта йде на його разуплотнение, пружне стиснення і т.п.
Методи ущільнення грунтів підрозділяються на поверхневі, коли уплотняющее вплив прикладається з поверхні грунту, і глибинні - при передачі ущільнюючого впливу по всій або по певній глибині масиву грунту.
До поверхневих методів належать ущільнення грунтів укочуванням, важкими трамбівками, трамбуючими машинами, віброкатків, віброплита і вібротрамбовки, підводними вибухами, а також витрамбовуванні котлованів; до глибинних методів - пробивкой свердловин (ґрунтовими палями), глибинними вібраторами, глибинними вибухами, статичними навантаженнями від власної ваги, а також від додаткової пригрузки, в тому числі з піщаними, паперово-пластиковими та іншими дренамі.
У процесі ущільнення укочуванням, трамбуванням, вібрацією, віброударамі і вибухами уплотняющие впливу на грунти передаються по певним циклам, в результаті чого на грунт впливають циклічні навантаження, які характеризуються послідовною зміною процесів навантаження і розвантаження [9]. Відповідно до цього в ущільнюваному грунті відбуваються оборотні (пружні) та необоротні (залишкові) деформації, останні і забезпечують підвищення ступеня щільності грунтів. При ущільненні грунтів статичним навантаженням від їх власної ваги, а також від додаткової пригрузки відбуваються в основному незворотні деформації.
При будь-якому режимі ущільнення для кожного виду ґрунту і ущільнюючого впливу процес накопичення залишкових деформацій і, отже, підвищення ступеня щільності ґрунту можуть відбуватися тільки до певної межі після передачі на нього певної роботи. Подальше збільшення роботи без зміни режиму ущільнення супроводжується в основному оборотними деформаціями і не призводить практично до підвищення ступеня щільності ґрунту (рис. 13.1).
Мал. 13.1. Зниження ущільнюваної поверхні в залежності від числа ударів (проходів)
а - від загального числа ударів; б - від кожних двох ударів; 1 - точка ущільненні до відмови
Такий стан грунту, при якому в процесі ущільнення практично не відбувається підвищення його ступеня щільності, називається ущільненням до відмови, а підвищення щільності сухого ґрунту при одиничному додатку навантаження, яке виражається часто зниженням ущільнюваної поверхні від одного удару або проходу, називається відмовою [4]. При самоуплотненію грунтів від їх власної ваги, а також від додаткового навантаження стан ущільнення до відмови характеризується умовною стабілізацією опади.
Уплотняемость грунтів визначається за методикою стандартного ущільнення [1. 6]. Ущільнення проводиться трамбуванням при різній вологості грунту 40 ударами вантажу вагою 215 Н, що скидається з висоти 30 см.
Мал. 13.2. Залежність щільності сухого ущільненого глинистого грунту від вологості 1 - крива стандартного ущільнення; 2 - оптимальна вологість; 3 - максимальна щільність ρdmax = 1,74 т / м 3; при kcom = 1 і ω = ω0; 4 - kcom = 0,98 при ρd = 1,7 т / м 3 і ω = 0,165 ÷ 0,195; 5 - kcom = 0,95 при ρd = l, 65 т / м 3 і ω = 0,153 ÷ 0,202; 6 - kcom = 0,92 при ρd = 1,6 т / м 3 і ω = 0,145 ÷ 0,208
За результатами стандартного ущільнення будується графік залежності щільності сухого ущільнення грунту від вологості (рис. 13.2). З графіка видно, що максимальне значення щільності сухого ґрунту досягається при певній його вологості, званої оптимальної, і уплотняемость кожного виду грунту визначається максимальною щільністю і оптимальною вологістю.
Максимальна щільність ущільненого грунту - це найбільше значення щільності сухого ґрунту, що досягається при оптимальній вологості і прийнятих режимах, методах і енергії ущільнення.
Оптимальною вологістю називають вологість, при якій досягається максимальна щільність ущільненого грунту і потрібно найменша витрата роботи для досягнення максимальної щільності ґрунту при заданому режимі ущільнення. Оптимальну вологість глинистих ґрунтів, що ущільнюються трамбуванням, при відсутності даних безпосереднього її визначення рекомендується приймати ω0 = ωp - (0,01 ÷ 0,03), а укочуванням ω0 = ωv (де ωp - вологість на межі розкочування).
Ущільнення грунтів зазвичай проводиться до певної міри щільності, яка виражається через коефіцієнт ущільнення kcom, що є відношенням заданого або фактично отриманого значення щільності сухого ущільненого грунту ρd до його максимального значення за стандартним ущільнення ρd.max. тобто kcom = ρd /ρd.max.
Кожному значенню коефіцієнта ущільнення відповідає певний діапазон допустимої зміни вологості ущільнюється грунту, за який приймаються крайні значення вологості по кривій стандартного ущільнення (див. Рис. 13.2) або ставлення крайніх значень вологості ω до оптимальної ω0. тобто kω = ω / ω0 (табл. 13.1).
При ущільненні грунтів максимальний ступінь щільності досягається на поверхні додатки ущільнюючого впливу, а по глибині і в сторони - знижується. У зв'язку з цим виділяються зона поширення ущільнення і щільна зона грунту.
Зона поширення ущільнення являє собою товщу грунту h'com в межах якої відбувається підвищення його щільності. Ця зона поширюється від ущільненої поверхні на глибину, на якій щільність сухого ґрунту підвищується не менше ніж на 0,02 т / м 3 в порівнянні зі значенням її до ущільнення.
За ущільнену зону приймають товщу грунту, в межах якої щільність сухого ґрунту не нижче заданого або допустимого її мінімального значення.
Ущільнення грунтів супроводжується не тільки підвищенням ступеня його щільності, а й відповідним зниженням ущільненої поверхні (див. Рис. 13.1).
ТАБЛИЦЯ 13.1. ЗНАЧЕННЯ ДІАПАЗОНІВ може бути відмінене ВОЛОГОСТІ РІЗНИХ ВИДІВ ущільнювати грунт
Діапазон допустимої зміни вологості грунту при kcom
Зниження ущільненої поверхні являє собою різницю відміток її до і після ущільнення і визначається за результатами досвідчених робіт або обчислюється за формулою
де ρ'd - середнє значення щільності сухого ґрунту до ущільнення; ρd.com - середнє значення щільності сухого ґрунту в межах зони поширення ущільнення; h'com; mcom - коефіцієнт, що враховує бічне розширення грунту в сторони і випор його, що дорівнює mcom = 1 ÷ 1,2.
Крутов В.І. Галицький В.Г. Мусаелян А.А. Ущільнення просідаючих грунтів
Керівництво по лабораторному контролю при виробництві земляних робіт
Керівництво по влаштуванню зворотних засипок котлованів з підготовкою підстав під технологічне обладнання і підлоги на грунтах грунтах
Хархута Н.Я. Васильєв Ю.М. Міцність, стійкість і ущільнення грунтів земляного полотна автомобільних доріг