Техническая характеристика скреперов [74, 82]

Время действия уплотняющей нагрузки в течение одного цикла при уплотнении грунтов катками с гладкими вальцами и на пневматических шинах составляет не более 0,5-1,0 с.

Зависимость удельной нагрузки от времени для катков с гладкими вальцами аппроксимируется треугольной диаграммой нагрузок, линейно возрастающих и убывающих во времени с определенной постоянной скоростью (нагружение по закону треугольника).

При уплотнении грунтов катками на пневматических шинах величина удельной нагрузки не зависит от времени действия (нагружение по закону прямоугольника).

7.12.4.3. Количество проходов по одному следу при уплотнении грунтов катками с гладкими вальцами или на пневматических шинах зависит от конструкции механизмов и обычно составляет от 5 до 10.

Интервал времени между циклами при уплотнении грунтов катками зависит от размера уплотняемой площадки, скорости движения катка, ширины уплотняемой полосы, конструкции катка и изменяется от 10 до 30 мин.

Рекомендуется величину удельной уплотняющей нагрузки при лабораторном уплотнении в соответствии с теорией моделирования [74, 88, 90] принимать равной максимальной величине удельной уплотняющей нагрузки _max в конце процесса уплотнения для выбранного типа катка и определять по формулам (47) и (48).

Продолжительность цикла следует принимать не более 0,5-1,0 с.

Рекомендуется зависимость удельной нагрузки от времени для катков с гладким барабаном принимать линейно возрастающей и убывающей с определенной постоянной скоростью (нагружение по закону треугольника), а для катков на пневматических шинах - постоянной (нагружение по закону прямоугольника).

При уплотнении связных грунтов циклическими нагрузками рекомендуется производить 10 циклов нагружения-разгрузки для каждого значения влажности.

Каждый последующий цикл нагружения-разгрузки рекомендуется производить через 5 с после предыдущего.

7.12.4.4. Для уплотнения связных грунтов методом циклических нагрузок могут быть использованы компрессионные приборы, например, типа К-1М, оборудованные рукояткой для быстрого приложения и снятия нагрузки, или сосуды, заполняемые дробью (рис. 16 и 17). Прибор состоит из пресса 1 и нагрузочной рамы 8 со штоком 7, связанной с рычагом пресса 3. Подготовленный грунт загружается в одометр 9. Диаметр одометра D для глинистых грунтов должен быть не менее 4 см. Для крупнообломочных грунтов с глинистым заполнителем диаметр одометра должен быть D  5d₉₀ (d₉₀ - диаметр фракций, менее которых в грунте содержится 90%).

прилагаемыми по закону прямоугольника

При уплотнении грунта циклическими нагрузками, приложенными по закону прямоугольника (применительно к уплотнению грунта пневмокатками), груз 2, создающий удельную нагрузку, равную удельной уплотняющей нагрузке под колесом выбранного типа катка, подвешивается на конец рычага пресса и с помощью рукоятки 10 вывешивается, т.е. нагрузка не передается на грунт 4 (см. рис. 16). Затем быстро, но плавно, без удара, рычаг опускается, и тем самым нагрузка передастся на грунт. Нагрузка снимается поднятием рычага путем нажатия на рукоятку.

При уплотнении грунта циклическими нагрузками, приложенными по закону треугольника (применительно к уплотнению катками с гладким барабаном), удельную нагрузку рекомендуется создавать с помощью дроби, равномерно высыпающейся с заданной скоростью в мерный сосуд 2, подвешенный на конец рычага, из другого сосуда 12, расположенного на неподвижной опоре (см. рис. 17). Сосуд 2 наполняется заранее взвешенной дробью, из которого она высыпается через имеющееся в нижней части отверстие 13. Сосуд 12 разгружается аналогичным образом.

7.12.4.5. После окончания уплотнения образец глинистого грунта извлекают путем выдавливания из одометра, и производится определение его плотности  и влажности W по ГОСТ 5180-84.

Испытания по определению максимальной плотности сухого грунта следует считать законченными тогда, когда с повышением влажности пробы при последующих двух, трех испытаниях на уплотнение происходит последовательное уменьшение значений плотности уплотненных образцов грунта или когда грунт перестает уплотняться и начинает при приложении нагрузки выжиматься из прибора.

По полученным в результате испытаний значениям плотности и влажности уплотненных образцов определяют плотность сухого грунта (_d) с погрешностью до 0,01 г/см³ по ГОСТ 5180-84. Строят график зависимости плотности сухого грунта от влажности (рис. 18). Находят максимум полученной зависимости и соответствующие ему величины максимальной плотности сухого грунта (_d,max) на оси ординат и влажности () на оси абсцисс. В качестве оптимальной влажности принимают влажность, при которой достигнуто максимальное значение плотности сухого грунта при заданной величине уплотняющей нагрузки, минус 2% *, т.е.

______________

* Завышенные значения , полученные в лабораторных условиях, объясняются несоответствием между принятой в опытах диаграммой нагружения грунта и продолжительностью действия нагрузки и фактическими значениями этих величин для катков [74].

Рис. 18. Зависимость плотности сухого грунта от его влажности при уплотнении удельной циклической нагрузкой, равной 0,5 МПа.
Полученное максимальное значение плотности сухого грунта характеризует значение плотности грунта на поверхности уплотненного слоя в конце процесса уплотнения для данной величины удельной уплотняющей нагрузки.

Если в грунте содержались зерна крупнее 10 мм в количестве , которые перед испытанием были удалены из пробы грунта, то для учета влияния таких зерен на величины максимальной плотности сухого грунта и оптимальной влажности необходимо полученные значения _d,max и W_opt для части пробы, прошедшей сквозь сито с отверстиями размером 10 мм, пересчитать на значения и для исследуемого грунта в целом (с включениями зерен крупнее 10 мм) по формулам:

где _d,к - плотность сухого грунта зерен размером крупнее 10 мм, определяемая по ГОСТ 5180-84 методом взвешивания в воде.

Компрессионные испытания для глинистых грунтов рекомендуется производить на приборах, например, типа К-1М.

В качестве максимальной величины принимается (по компрессионной кривой) значение плотности сухого грунта при нагрузке, соответствующей максимальной нагрузке на грунт, создаваемой конкретным уплотняющим механизмом и определяемой по формулам (47), (48).

Для определения оптимальной влажности рекомендуется использовать формулу, выражающую степень влажности грунта:

Оптимальная влажность определяется по формуле из условия, что для принятого значения максимальной плотности сухого грунта степень влажности составляет 0,850,90:

7.12.6.2. Для уплотнения грунтов в лабораторных условиях виброударными нагрузками необходимо определить основные параметры виброударного нагружения применительно к выбранному типу.

Основными параметрами вибронагружения являются:

1. Максимальная величина удельного одиночного виброударного импульса в конце процесса уплотнения i_y,max, Нс/м².

2. Соотношение между величинами вынуждающей силы и массой вибровальца с пригрузом .

3. Время действия вибровальца t, с.

Максимальная величина удельного одиночного виброударного импульса в конце процесса уплотнения для каждого типа грунтоуплотняющего механизма с учетом их технических характеристик определяется по формулам:

i_y,max = (0,144 K_в_в) / F = (0,015 K_вn_в) / F = (0,906 K_вf_в) / F = (0,225 P_o / (f_вF_в) (53)

где K_в - статический момент дебалансов вибровозбудителя, Нм; f_в - частота колебаний, Гц; F - площадь контакта вибровалец-грунт в конце процесса уплотнения, м²; n_в - частота колебаний, кол/мин; _в - угловая скорость вращения дебалансов, 1/с; P_o - вынуждающая сила в Н.

Значения f_в и P_o принимаются по технической характеристике виброкатков (см. табл. 34).

Таблица 34

Площадь контакта вибровалец-грунт в конце процесса уплотнения определяется по формуле:

где a_в - величина хорды, стягивающей часть погруженной в грунт окружности вальца катка, м; l - длина вибровальца в м, определяется по технической характеристике виброкатков (см. табл. 34).

Величина хорды определяется по формуле:

, (55)

где  - коэффициент, принимаемый равным 4; A - коэффициент пропорциональности между величинами напряжений и импульса одиночного виброудара на контакте вибровалец-грунт; ориентировочно для связных грунтов можно принять равным 214 1/c; R_в - радиус вальца в м, определяется по технической характеристике (табл. 34); E₀ - модуль деформации грунта в Н/м², для связных грунтов оптимальной влажности в конце процесса виброуплотнения принимается равным 15х10⁷ Н/м²; J_в - импульс одиночного виброудара, равный:

Соотношение между величинами вынуждающей силы и массой вибровальца с пригрузом  определяет режим работы механизма. При  < 2,0 виброкаток работает в вибрационном режиме. Для уплотнения связных грунтов пригодны виброкатки, работающие в ударно-вибрационном режиме, т.е. при   2,0. Величина  определяется по формуле:

 = P_o / (m_в g), (57)

где m_в - масса вибровальца с пригрузом (кг) определяется по технической характеристике катка (табл. 34).

7.12.6.3. Обычно уплотнение грунтов виброкатками производится за 6-8 проходов по одному следу, время действия вибронагрузки за один проход не превышает 0,5-1,0 с.

При лабораторном уплотнении грунтов рекомендуется величины максимального удельного одиночного виброударного импульса i_y,max и  принимать равными натурным для конкретных типов виброкатков в соответствии с теорией моделирования. Значения i_y,max и  определяются по формулам (53) и (57).

Рекомендуется виброуплотнение производить в течение 15-20 с. Уплотнение производится на вибростенде конструкции ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева [119]. Стенд устроен следующим образом (рис. 19). Вибраторы 1 общего назначения типа ИВ-104 (2 шт.) установлены на раме 2, которая смонтирована в вертикальных трубчатых направляющих 3. Направляющие 3 приварены к плите 4. Рама 2 снабжена крюками 5, на которые подвешены рамки 6 со съемными пригрузочными плитами 7. Рама 2 снабжена также виброштампом 8, который входит в форму для грунта 9. Диаметр виброштампа должен соответствовать требованиям п.7.12.3 настоящего Руководства.

Форма для грунта состоит из двух откидных обечаек, которые в рабочем состоянии скреплены между собой болтовым соединением, а сама форма крепится к плите 4 с помощью 2-х прижимов 10. Плита 4 закреплена на фундаменте 11, на котором также закреплена лебедка 12. Лебедка служит для подъема-опускания рамы с вибраторами. Трос лебедки соединен с рамой 2, проходит через два блока 13, далее соединен с пружиной сжатия 14, которая предохраняет лебедку от передачи на нее динамических усилий от рамы с вибраторами. Блоки 13 смонтированы на опорной раме 15, которая служит также для фиксации направляющих 3 и придания им жесткости.

Рамки 6 выполнены из двух частей, из которых одна непосредственно подвешена к крюку рамы 2, а вторая нагрузочная рама 16 - соединяется с первой через две пружины. Рамки 6 закрыты ограждениями 17. Вибраторы ИВ-104 имеют суммарную мощность 0,37х2=0,74 кВт.

Рис. 19. Схема установки для виброуплотнения грунтов

(экспликация в тексте).

Каждую отдельную пробу следует испытывать не более трех раз. При испытании грунтов, содержащих зерна, легко разрушающиеся при уплотнении, каждую пробу испытывают только один раз. Уплотнение грунта каждой пробы должно выполняться одним слоем. Рекомендуется толщину уплотняемого слоя грунта в рыхлом состоянии принимать равной 0,6-0,7 диаметра штампа.

Подготовленную навеску грунта укладывают в форму и производят предварительное уплотнение массой невибрирующего рабочего органа. Затем поднимают рабочий орган, включают возбудитель колебаний, опускают пуансон на поверхность грунта и уплотняют его.

После окончания уплотнения производится определение плотности и влажности грунта по ГОСТ 5180-84.

7.12.6.5. По полученным в результате испытаний данным составляют кривую зависимости плотности сухого грунта от влажности (рис. 20). Находят максимум полученной зависимости и соответствующие ему величины максимальной плотности сухого грунта (_d,max) на оси ординат и оптимальной влажности (W_opt) на оси абсцисс.

Рис. 20. График зависимости плотности сухого грунта от влажности при виброударном уплотнении удельным импульсом одиночного удара, равным 49,25х10² Нс/м²
7.12.6.6. Полученное максимальное значение плотности сухого грунта характеризует значение плотности грунта на поверхности уплотненного слоя в конце процесса уплотнения для данной величины удельного одиночного виброударного импульса.

7.12.6.7. Если в грунте содержались зерна крупнее 10 мм, которые перед испытанием были удалены из пробы грунта, то для учета влияния таких зерен на величины максимальной плотности сухого грунта и оптимальной влажности необходимо полученные значения _d,max и W_opt для части пробы, прошедшей сквозь сито с отверстиями размером 10 мм, пересчитать на значения и для исследуемого грунта в целом (с включением зерен крупнее 10 мм) по формулам (49) и (50).

7.12.6.8. Для плотин I и II классов капитальности окончательный выбор значений максимальной плотности и оптимальной влажности следует производить после проведения уплотнения грунта в опытных насыпях механизмами, которые предполагается использовать при возведении грунтового сооружения.