Уплотнение грунтов

 

Введение

Одна из важнейших операций на строительстве любого земляного сооружения - уплотнение. От качества производства этой операции зависят не только прочность, устойчивость, водонепроницаемость сооружения, но и ровность покрытия, срок его службы и безопасность движения. Недоуплотнение ведет к многочисленным повреждениям дорожных покрытий на новых дорогах, а следовательно, к непроизводительным затратам людских, материальных и энергетических ресурсов. Вместе с тем уплотнение является сравнительно недорогим процессом. Так, затраты на его осуществление составляют всего 0,7-1,0% общей стоимости дорожного строительства.

Цель уплотнения - получение плотной и прочной структуры грунта, способной в дальнейшем противостоять внешним воздействиям, которые будут иметь место во время службы инженерных сооружений.

Работа всех машин для уплотнения связана с приложением к поверхности грунтового слоя циклических нагрузок. Под последними понимаются следующие друг за другом процессы нагрузки и разгрузки грунтов. В результате внешних силовых воздействий в уплотняемом материале накапливаются необратимые (остаточные) деформации, способствующие повышению его плотности.

По принципу действия на грунт различают машины статического (укатка) и динамического (трамбование и вибрация) действия. Применяют также комбинированные методы уплотнения: виброукатку, вибротрамбование и сочетание укатки с трамбованием . Рабочими органами машин служат вальцы или колеса, которые перекатываются по грунтовой поверхности. Под действием силы тяжести машин в местах контактов рабочих органов с грунтом возникают давления, вызывающие внутренние напряжения и деформации уплотняемого мате риала. Интенсивность образования необратимых деформаций определяет эффективность работы уплотняющих средств.

Уплотнение грунтов производится укаткой, трамбованием, вибрацией, виброударами, взрывами, статической нагрузкой от собственного веса грунта, а также от дополнительной пригрузки.

При укатке на грунт передается наклонное давление, складывающееся из вертикального от собственного веса механизма и горизонтального, возникающего за счет тягового усилия. Наиболее эффективным для уплотнения грунта является наклонное давление, создаваемое перекатыванием колеса или барабана.

Трамбование грунта связано с ударами рабочего органа - трамбовки, поднятой на некоторую высоту, о грунт [9]. Уплотнение грунта происходит под воздействием передающейся на него ударной энергии и сопровождается перемещением частиц грунта в вертикальном и горизонтальном направлениях. При этом только часть ударной энергии расходуется на уплотнение, а остальная поглощается грунтом за счет его упругого сжатия.

При уплотнении вибрацией и виброударами на грунт передаются колебательные и ударные воздействия от рабочего органа в результате чего происходит более плотная укладка грунта и его уплотнение. Вибрационные и виброударные воздействия различаются между собой по частоте и амплитуде колебаний. С уменьшением частоты и увеличением амплитуды колебаний вибрационные воздействия переходят в виброударные, а машины соответственно называют вибрационными и виброударными.

При взрывах грунты уплотняются под воздействием энергии ударной волны и колебаний грунта, возникающих при взрыве взрывчатого вещества. При этом лишь небольшая часть энергии взрыва расходуется на уплотнение грунта, остальная часть идет на его разуплотнение, упругое сжатие и т.п.

Методы уплотнения грунтов подразделяются на поверхностные, когда уплотняющее воздействие прикладывается с поверхности грунта, и глубинные - при передаче уплотняющего воздействия по всей или по определенной глубине массива грунта. К поверхностным методам относятся уплотнение грунтов укаткой, тяжелыми трамбовками, трамбующими машинами, виброкатками, виброплитами и вибротрамбовками, подводными взрывами, а также вытрамбовывание котлованов; к глубинным методам - пробивкой скважин (грунтовыми сваями), глубинными вибраторами, глубинными взрывами, статическими нагрузками от собственного веса, а также от дополнительной пригрузки, в том числе с песчаными, бумажно-пластиковыми и другими дренами.

В процессе уплотнения укаткой, трамбованием, вибрацией, виброударами и взрывами уплотняющие воздействия на грунты передаются по определенным циклам, в результате чего на грунт воздействуют циклические нагрузки, характеризующиеся последовательной сменой процессов нагрузки и разгрузки. В соответствии с этим в уплотняемом грунте происходят обратимые (упругие) и необратимые (остаточные) деформации, последние и обеспечивают повышение степени плотности грунтов. При уплотнении грунтов статической нагрузкой от их собственного веса, а также от дополнительной пригрузки происходят в основном необратимые деформации.

При любом режиме уплотнения для каждого вида грунта и уплотняющего воздействия процесс накопления остаточных деформаций и, следовательно, повышение степени плотности грунта могут происходить только до определенного предела после передачи на него определенной работы. Дальнейшее увеличение работы без изменения режима уплотнения сопровождается в основном обратимыми деформациями и не приводит практически к повышению степени плотности грунта.

скребковый уплотнение конвейер грунт

Производство работ по уплотнению грунтов

Степень уплотнения грунта назначается проектом на основании исследования грунта методом стандартного уплотнения, при котором устанавливаются его максимальная плотность и оптимальная влажность.

Работы по уплотнению грунта ведутся на участках (технологических захватках) таким образом, чтобы обеспечить требуемый темп работ строительства земляного полотна. При этом рекомендуются следующие размеры участков: для кулачковых катков - 250-300 м; для катков на пневматических шинах - 200 м; для виброкатков - 200-250 м; для трамбующих машин - не менее 50 м.

При увеличении длины участка производительность катков возрастает, но при этом появляется опасность высушивания грунта до его окончательного уплотнения.

Ширина насыпи должна обеспечивать безопасное ведение работ уплотняющими средствами. При этом машина должна находиться от бровки насыпи на расстоянии, предотвращающем ее сползание под откос.

Для достижения требуемой плотности грунтов необходимо на протяжении всего процесса уплотнения выполнять условие .

Кроме того, необходимо соблюдать следующие правила:

уплотнять грунт сразу после его укладки и разравнивания;

не уплотнять грунт при дожде;

для эффективного уплотнения грунт распределять слоями равной толщины;

для уменьшения избыточной влажности следует перед уплотнением подсушивать грунт путем его разрыхления на глубину уплотняемого слоя.

Уплотнение производится проходками уплотняющих машин вдоль насыпи и смещением от бровок к ее середине во избежание сдвигов грунта к краям насыпи. Каждый последующий проход или удар уплотняющей машины во избежание пропусков в уплотнении должен перекрывать след от предыдущего прохода на 0,15-0,20 м. Наименьшее расстояние прохождения уплотняющих машин от бровки насыпи должно составлять 0,5 м.

При устройстве земляного полотна постоянно контролируют соответствие производимых работ проекту и требованиям технических условий, степень уплотнения и влажность грунта.

Непосредственный контроль за плотностью и влажностью грунта, уложенного в насыпь, возлагается на полевую лабораторию.

Контроль качества уплотнения ведут следующими методами: стандартного уплотнения, режущими кольцами, зондированием, вдавливанием штампа, радиоизотопным, парафинированием, методом лунок и т. д. Выбор того или иного метода зависит от оснащенности лаборатории оборудованием и вида грунта, из которого сооружена насыпь.

Методом стандартного уплотнения определяют оптимальную влажность и максимальную стандартную плотность с помощью прибора ДорНИИ.

Метод режущих колец при определении плотности скелета грунтов в насыпях основан на определении плотности влажного грунта в объеме металлического кольца вместимостью 300-400 см3 (d/h = 1), вдавленного в уплотненный слой, и влажности этого грунта. Этот метод из-за простоты является наиболее распространенным.

Метод статического и динамического зондирования как один из видов контроля степени уплотнения грунтов в насыпях является наиболее оперативным и простым из всех существующих методов контроля.

Метод лунок используют при отсыпке насыпей из щебенистых крупнообломочных грунтов или из грунта с мерзлыми комьями.

Радиоизотопные методы осуществляются с помощью приборов, в которых используется поглощение и рассеивание гамма-излучения и нейтронов.

Дорожные лаборатории должны выдавать рекомендации по рациональному режиму работы машин, порядку укладки в насыпь грунтов из различных слоев резервов в зависимости от гранулометрического состава. Кроме того, они должны устанавливать допустимую толщины уплотняемого слоя и число проходов (ударов) машин по одному следу. При уплотнении грунтов максимальная степень плотности достигается на поверхности приложения уплотняющего воздействия, а по глубине и в стороны - снижается. В связи с этим выделяются зона распространения уплотнения и уплотненная зона грунта. Зона распространения уплотнения представляет собой толщу грунта h´com в пределах которой происходит повышение его плотности. Эта зона распространяется от уплотненной поверхности на глубину, на которой плотность сухого грунта повышается не менее чем на 0,02 т/м3 по сравнению со значением ее до уплотнения. За уплотненную зону принимают толщу грунта, в пределах которой плотность сухого грунта не ниже заданного или допустимого ее минимального значения.

Машины для уплотнения грунтов

При устройстве различных земляных сооружений часто возникает необходимость уплотнения грунта, что предотвращает осадки и сдвиговые деформации сооружения. В гидротехнических земляных сооружениях уплотнение является также эффективным средством снижения фильтрации воды. В зависимости от прочности связей между минеральными частицами грунты подразделяют на связные и несвязные. Прочность связей определяется содержанием влаги в грунте. При уплотнении нарушаются связи между минеральными частицами, создается более плотная их компоновка и вытесняется воздух, благодаря чему грунт приобретает прочность и стабильность, повышается его несущая способность. Плотность грунта оценивается степенью его уплотнения, которая характеризуется отношением практически полученной в сооружении плотности скелета грунта 5пр при данной его влажности к стандартной плотности 6СТ, полученной в лабораторных условиях в приборе стандартного уплотнения Союздор НИИ по ГОСТ и выражается в процентах: £ = 8пр/8ст. При строительстве насыпей должна быть обеспечена следующая степень уплотнения: автодорожных - 95-98%, железнодорожных - 95- 96, гидротехнических - 98-100%. Наибольшая степень уплотнения при наименьших энергозатратах достигается при оптимальной влажности, которая также определяется прибором стандартного уплотнения. Уплотнение грунтов следует производить при влажности, близкой к оптимальной. Переувлажненные грунты не поддаются уплотнению и требуют подсушивания, а грунты с малым содержанием влаги необходимо предварительно доувлажнять. В практике известны три основных метода уплотнения грунтов: статическая укатка, ударное трамбование и вибрирование. С учетом этого грунтоуплотняющие машины подразделяются на машины статического, ударного, вибрационного и комбинированного действия.

Они в зависимости от способа их перемещения бывают прицепные и самоходные, а также в виде навесного оборудования к базовым машинам. По виду рабочего органа уплотняющие машины подразделяются на: катки статические и вибрационные с гладкой, кулачковой и решетчатой металлической обечайкой и катки пневмо-колесные; трамбующие машины на базе гусеничных тракторов, управляемые вручную трамбовки с электрическим или бензиновым двигателем, а также трамбовки на базе гидромолотов к гидравлическим экскаваторам; самопередвигающиеся и навесные к базовым шасси виброплиты, а также виброплиты, навешиваемые на стреле экскаватора вместо ковша. Внутри каждого из этих типов они условно делятся по своей массе на легкие, средние и тяжелые. Согласно принятой индексации уплотняющим машинам присваивается индекс ДУ (дорожный уплотнитель), после которого устанавливается порядковый номер регистрации в реестре задания на проектирование. Так, например, для дорожного прицепного кулачкового катка установлен индекс ДУ-26А, что означает: ДУ - дорожный уплотнитель; 26 - порядковый номер по реестру; А - порядковая буква алфавита после первой модернизации катка. Выбор способа уплотнения и соответствующей ему машины, ее типоразмеры определяются конкретными условиями строительства.

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 частицы 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.

Ориентировочные значения оптимальных влажностей и максимальных плотностей грунтов приведены в таблице

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 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 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

Пз =((B-b)н1000h/m)KB (4-34)

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

Свежеуложенный грунт в земляном сооружении должен быть уплотнен во избежание самопроизвольного изменения геометрической формы и просадок. Для понижения водопроницаемости земляного сооружения применяют искусственное уплотнение грунтов. Способ уплотнения грунтов и число приложений нагрузки зависят от свойств грунта: связности, влажности, гранулометрического состава, требуемой степени уплотнения.

Для уплотнения связных и малосвязных грунтов применяются укатка и трамбование, для несвязных грунтов - укатка и вибрация.

По принципу действия машины, применяемые в строительстве для уплотнения грунта, разделяются на машины статического, ударного действия и вибрационные. По способу передвижения грунтоуплотняющие машины делятся на прицепные и самоходные.

Уплотнение грунтов укаткой

Уплотнение грунтов укаткой применяется для всех видов песчаных, глинистых, крупнообломочных грунтов на свободных участках и при большом фронте работ, обеспечивающих достаточную маневренность механизмов. Укатка грунтов в основном используется для послойного уплотнения при возведении грунтовых подушек, планировочных насыпей, земляных сооружений различного назначения, при подсыпке и подготовке оснований под полы и т.п.

Эффективность уплотнения грунтов укаткой зависит, в основном, от их влажности, вида и типа применяемых механизмов. Наибольшая эффективность уплотнения достигается в крупнообломочных грунтах; в глинистых и песчаных грунтах это достигается при их оптимальной влажности .

По условиям проходимости машин уплотнение глинистых грунтов допускается при влажности щcom?щp + k Ip, (где k - коэффициент, принимаемый: k = 0,6 при Ip ? 0,08; k = 0,3 при Ip ? 0,17; при других значениях Iр коэффициент k принимается по интерполяции.

Основания на уплотненных укаткой грунтах проектируются так же, как и на грунтовых подушках.

Уплотнение грунтов укаткой осуществляется самоходными и прицепными катками на пневматическом ходу, гружеными скреперами, автомашинами, тракторами. Для уплотнения песчаных и глинистых грунтов укаткой не рекомендуется применять катки с гладкими вальцами, а также кулачковые катки, так как при заполнении пространства между кулачками грунтом достигаемая ими глубина уплотнения обычно незначительна и не превышает 0,2-0,4 м.

Грунтоуплотняющее оборудование выбирается с учетом его производительности, эффективности работы, маневренности и других факторов. Для предварительной подкатки грунтов целесообразно использовать тракторы и легкие катки. Укатывать грунты гружеными скреперами к автомашинами рекомендуется в тех случаях, когда грунт доставляется по отсыпаемому слою и можно обеспечить достаточно равномерное движение транспорта по всей площади отсыпанного слоя.

Перед производством основных работ выполняются опытные работы по уплотнению грунтов укаткой принятыми механизмами с целью уточнения максимальной плотности сухих уплотненных грунтов, оптимальной влажности, толщины уплотненных слоев при заданном режиме уплотнения и необходимого числа проходов катков.

Като?к - машина для утрамбовки и уплотнения грунта, асфальта и так далее.

Главной деталью катка является валец - цилиндр, расположенный вместо колеса или колёс. Своей массой валец сдавливает утрамбовываемое вещество. В каждом катке есть ведущий валец, к нему подаётся крутящий момент от двигателя, и ведомый - он является направляющим.

Вибрационный каток.

Вальцы могут быть гладкими, кулачковыми, решетчатыми, пневмоколесными:

Гладкие представляют просто металлические цилиндры, сдавливающие своей массой. Обычно применяется для асфальтоукладочных работ, из-за того что на выходе даёт ровную площадку;

Кулачковые отличаются тем, что покрыты кулачками - небольшими выступами. Эффективны для работы с рыхлым грунтом;

Поверхность решетчатых покрыта решёткой. Используется для трамбовки различных грунтов. При прохождении по неоднородному грунту крупные комки дробятся, что увеличивает уплотняемость;

У пневмоколёсных валец представляет собой набор из колёс, разделённых промежутками. Если в катке более 1 пневмоколёсного вальца, их ставят так, чтобы колеи задних колёс проходили между колеями передних; 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. Укатка производится прицепными, полуприцепными и самоходными катками с металлическими (гладкими, решетчатыми и кулачковыми) вальцами и колесами с пневматическими шинами. Прицепные кулачковые катки 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 скребками. 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, полуприцепными и самоходными . 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 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 трехвальцовыми. 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.

Также в катках может использоваться более одного вида вальцов. Такие катки называются комбинированными (обычно передний валец - гладкий, а задний - пневмоколёсный).

По количеству вальцов катки делятся на одно- двух- и трёхвальцовые.

Вальцы могут располагаться один за другим, или, для трёхвальцового катка, два узких вальца могут располагаться на одной оси.

Одновальцовые катки обычно прицепные, то есть прикрепляются к трактору или другому двигающему устройству.

Катки для лучшей утрамбовки могут быть вибрационными, то есть один из вальцов вибрирует в вертикальном направлении, что значительно улучшает качество уплотнения, что позволяет использовать эти катки в однопроходном режиме. Для обычных катков необходимо сделать несколько проходов для надлежащего уплотнения асфальта.

Для грунта глубина трамбовки может, для различных конструкций, колебаться от 20-30 см до 150-160 см, по массе катки различаются от ручных (менее 1 тонны) до сверхтяжёлых - более 16 тонн. Современные дорожные катки способны развивать скорость до 14 км/ч, но для большинства максимальная скорость - 2-5 км/ч.

При применении тяжелых катков и автомашин для уплотнения грунта сначала производится подкатка его бульдозерами или тракторами. В процессе уплотнения грунтоуплотняющие механизмы движутся равномерно по всей уплотняемой площади с минимальным количеством разворотов.

При производстве работ в дождливое и жаркое время особое внимание уделяется обеспечению влажности грунтов, близкой к оптимальной, а в зимнее время - сохранению талого состояния грунтов. Качество отсыпки и укатки грунта проверяется путем определения толщины отсыпаемого слоя, его влажности и плотности сухого грунта после его уплотнения в наиболее характерных пунктах, выбираемых из расчета одни пункт на каждые 300-600 м2 уплотняемой площади.

При толщине слоя грунта до 50 см плотность сухого грунта и его влажность определяются в середине слоя, а при большей - на двух горизонтах, расположенных на расстоянии 10-15 см от верха и низа слоя.

Для контроля качества уплотнения грунтов используются методы: режущего кольца; парафинирования; метод лунки для крупнообломочных грунтов; радиоактивных изотопов поверхностными приборами; зондирования для песчаных грунтов.

Катки с гладкими вальцами: область применения, устройство, расчет глубины активной зоны и производительности

Катки с гладкими жесткими вальцами могут уплотнять грунт слоями толщиной 0,15-0,20 м в плотном теле, а также применяться для укатки асфальтобетонных покрытий и оснований из грунтов и каменных материалов, обработанных органическими вяжущими материалами.

Для работы в лесных условиях используют трехвальцовые самоходные катки с двумя задними ведущими вальцами и двухвальцовые двухосные с одним или обоими ведущими вальцами. В леспромхозах могут быть использованы легкие, средние и тяжелые моторные катки.

КаткиВес, тУдельное давление, кг/см2Мощность двигателя, л.с.Легкие3-520-4020-25Средние6-940-6030-40Тяжелые10-560-8040-60

Они имеют следующие основные механизмы и приспособления; укатывающие вальцы; двигатель; силовую передачу (муфта сцепления, коробка перемены передач, дифференциал и др.); рулевое управление; приспособление для очисти и смачивания поверхности вальцов; раму.

Рассмотрим некоторые элементы взаимодействия гладкого вальца с укатываемой поверхностью.

В комплекс работ по уплотнению грунтов укаткой входят подготовка поверхности для отсыпки грунта, подготовка самого грунта, доставка, отсыпка и разравнивание грунта, уплотнение грунта и контроль качества его уплотнения.

Схема опытного участка для уплотнения грунтов укаткой (стрелками показаны направления движения механизма): 1 - 3 - захватки соответственно с 6, 9 и 12 проходами; 4 - 6 - участки отсыпки грунта с влажностью соответственно равной 0,8щp, 1,0щp и 1,2щр; 7 - шурфы или скважины для определения сd и щ уплотненного грунта; l и b - длина и ширина грунтоуплотняющего механизма

Уплотнение укаткой производится при оптимальной или близкой к ней влажности грунтов. При влажности грунтов ниже пределов, указанных в табл. 13.1, их увлажняют в резерве, карьере или реже на месте укладки расчетным количеством воды Q, определяемым по формуле

Уплотнение трамбующими машинами

Трамбовка - обычно имеющая в плане форму квадрата, прямоугольника или шестигранника, изготовляется из металлического листа толщиной 10-16 мм путем сварки отдельных элементов встык с последующим заполнением бетоном до заданного веса. Сверху трамбовки расположена крышка из листа толщиной 20-30 мм с болтами диаметром 30-60 мм, с помощью которых крышка крепится к сбросной каретке. Трамбовка навешивается на рабочий трос крана-экскаватора через вставку из троса длиной 0,8-1 м, благодаря чему исключаются закручивание рабочего троса и его преждевременный износ. В целях снижения тягового усилия на лебедку допускается запасовка троса через полиспаст.

Сбросная каретка имеет коробчатое сечение и обычно состоит из двух швеллеров, усиленных накладками и соединенных с трех сторон металлическими листами. Каретка надевается на направляющую штангу и удерживается на ней с помощью пазов или полок швеллеров.

Уплотнение грунтов трамбующими машинами непрерывного действия производится для всех видов грунтов и, как правило, в стесненных условиях, при ограниченном фронте работ для возведения обратных засыпок котлованов, траншей, засыпки всевозможных пазух, щелей, вблизи подземных конструкций, в местах примыкания земляных сооружений к бетонным и другим конструкциям.

Основными типами трамбующих машин являются:

·- самоходные трамбующие машины на базе трактора (ДУ-12);

·- самоходные прицепные виброкатки (Д-684 и др.);

·- самопередвигающиеся виброплиты (Д-604, Д-605, Д-639 и др.) и вибротрамбовки (ВУТ-3, ВУТ-4, ВУТ-5 и др.);

·- подвесные на кране виброплиты и вибротрамбовки (ПВТ-3, ВПГТ-2А и др.);

·- механические трамбовки с пружинно-воздушным механизмом (ИС-4502, ИС-4504 и др.), с компрессорно-воздушным ударным механизмом, с пружинным ударным механизмом и др.

Трамбующие машины непрерывного действия, основанные на ударном воздействии, имеют практически одинаковую эффективность при уплотнении песчаных и глинистых грунтов, а машины, основанные на вибрационном и виброударном воздействии эффективны только в песчаных грунтах.

Тип трамбующих машин непрерывного действия для уплотнения грунтов выбирается, с одной стороны, с учетом эффективности их работы, сменной производительности, возможности самопередвижения, вида базовой машины и т.п., а с другой - в зависимости от стесненности условий производства работ, объема работ, вида применяемого грунта и других факторов.

Самоходные трамбующие машины и виброкатки обычно применяются при фронте работ, достаточном для их маневрирования и разворота.

Самопередвигающиеся виброплиты и механические трамбовки целесообразны при весьма ограниченном фронте работ, а подвесные и ручные трамбовки - в труднодоступных местах.

Перед началом производства работ по уплотнению грунтов трамбующими машинами выполняются опытные работы, которые (так же как и подготовка поверхности для отсыпки грунта, подготовка самого грунта, отсыпка, разравнивание и уплотнение грунта, контроль качества уплотнения при достаточном фронте работ) выполняются по аналогии с описанными выше работами при уплотнении грунтов укаткой. Основное отличие состоит лишь в том, что при ограниченном фронте работ доувлажнение грунтов производят до их отсыпки, а в труднодоступные места грунт отсыпают экскаваторами, погрузчиками и разравнивают вручную.

Так как уплотнение грунтов трамбующими машинами применяется в стесненных условиях, пункты проверки качества уплотнения назначаются чаще, чем при других методах, и принимаются из расчета один пункт на каждые 100-300 м2 уплотненной площади и обязательно не менее одного на каждом отдельном участке площадью 20-40 м2.

Трамбующие машины основаны на ударном действии их рабочих органов. Последние в момент их контакта с грунтовой поверхностью обладают определенным количеством движений. В процессе удара за очень короткий промежуток времени большая часть кинетической энергии рабочего органа переходит в другие виды энергии. Процесс сопровождается весьма быстрым повышением давления на поверхности контакта и последующим быстрым его спадом.

В отличие от катков эффект уплотнения определяется не только массой рабочего органа, но и скоростью в момент удара и частотой приложения уплотняющих воздействий.

Уплотнение грунта трамбованием может осуществляться механическим трамбованием (пневматическими и электрическими трамбовками, а также трамбовками с бензиновым двигателем и взрывного действия); машинами с падающими плитами; навесными плитами на экскаваторах и кранах.

Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками

Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками производится свободным сбрасыванием с помощью крана-экскаватора с высоты 5-10 м трамбовок диаметром 1,4-3,5 м и весом 40-150 кН. Тяжелые трамбовки применяются для уплотнения всех видов грунтов в их природном залегании (просадочных, засоленных, насыпных, рыхлых песчаных грунтов), а также вновь отсыпанных при подготовке оснований под фундаменты, устройстве грунтовых подушек, возведении планировочных насыпей, земляных сооружений, обратных засыпках котлованов и т.п.

Эффективность уплотнения грунтов тяжелыми трамбовками определяется диаметром, весом, высотой сбрасывания трамбовки, а также степенью плотности, влажности, структурной прочностью уплотняемых грунтов. С увеличением диаметра, веса и высоты сбрасывания трамбовки глубина уплотнения возрастает. Наибольшая эффективность уплотнения грунтов по глубине достигается при оптимальной влажности. При повышении степени плотности и структурной связности эффективность уплотнения снижается (в частности, в насыпных грунтах глубина уплотнения обычно на 30 - 40 % больше, чем в грунтах естественного сложения). Основания на уплотненных тяжелыми трамбовками различного вида грунтах проектируются так же, как и на просадочных с I типом грунтовых условий.

Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками весом до 50-70 кН выполняется с помощью оборудованных стрелой-драглайн строительных кранов-экскаваторов Э-1252 и Э-10011 грузоподъемной силой соответственно 250 и 180 кН, а трамбовками весом 100-150 кН - карьерных кранов-экскаваторов Э-2502 грузоподъемной силой 500-600 кН. В целях обеспечения нормальной работы крана-экскаватора в тяжелом режиме грузоподъемная сила крана-экскаватора должна в 3-4 раза превышать вес трамбовки. Для обеспечения требуемой высоты сбрасывания в необходимых случаях стрела удлиняется за счет вставки в среднюю часть дополнительного звена. Трамбовка изготовляется из железобетона, имеет в плане форму круга или многоугольника (с числом сторон не менее восьми). Поддон и боковые стенки ее сворачиваются из листовой стали толщиной 8-16 мм, а подъемные петли - из листовой стали толщиной 20-40 мм. Трамбовка подвешивается к рабочему тросу крана-экскаватора с помощью вертлюгов и промежуточного троса длиной 1-1,5 м с грузом весом 200-500 Н, которые обеспечивают натяжение рабочего троса и исключают его преждевременный износ вследствие образования перегибов.

До начала производства работ обычно выполняется опытное уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками для уточнения режима и эффективности уплотнения грунтов при их различной влажности по схеме, приведенной на рис. 13.6. Уплотнение производится с замером понижения уплотняемой поверхности по металлическим штырям, забитым по центру каждого следа, нивелированием после каждых двух уларов трамбовки.

Схема опытного участка для уплотнения грунтов тяжелыми трамбовками: 1 - 3 - участки грунта с влажностью соответственно 0,8щр, 1,0щp, 1,2щp ; 4 - следы ударов трамбовки; 5 - точки нивелирования (штыри); 6 - шурфы или радиометрические скважины для определения сd и щ.

- скоба для подъема трамбовки; 2 - отверстие в скобе; 3 - кожух; 4 - поддон; 5 - вертикальная арматура; в - горизонтальная арматура

По результатам опытного уплотнения строятся графики понижения уплотняемой поверхности , по которым уточняются величина понижения уплотняемой поверхности, число ударов, необходимое для уплотнения до отказа. Кроме этого, после уплотнения закладывают шурфы или проходят радиометрические скважины на глубину не менее двух диаметров трамбовки. При этом определяются изменения по глубине плотности сухого грунта и его влажности, а также глубина уплотнения.

Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками выполняется после планировки поверхности котлована и подкатки ее тракторами или катками при наличии насыпных грунтов. При этом котлован должен быть огражден от попадания поверхностных вод с окружающей территории.

Трамбование производится с перекрытием следов отдельными циклами при постоянном поворачивании стрелы по мере перехода с одного следа на другой. По каждому следу выполняется по два-четыре удара трамбовки. Для перехода с одного цикла на другой изменяется вылет стрелы или кран переезжает назад. Такая последовательность сохраняется до тех пор, пока не будет произведено заданное число ударов трамбовки по каждому следу. После окончания трамбования верхний разрыхленный слой грунта доуплотняется легкими ударами трамбовки при сбрасывании ее с высоты 0,5-1 м или укаткой. Если после трамбования отметка основания окажется ниже проектной, производится подсыпка местного грунта с уплотнением его укаткой.

В дождливое и сухое время года уплотнение тяжелыми трамбовками производится с учетом сохранения влажности уплотняемых грунтов близкой к оптимальной, а в зимнее время при талом состоянии грунта и его природной влажности - с учетом возможной глубины промерзания в течение суток и производительности применяемого оборудования в сутки.

Качество работ по уплотнению тяжелыми трамбовками грунтов с оптимальной влажностью проверяется по отказу при контрольном трамбовании после двух-трех ударов трамбовки в пунктах, располагаемых из расчета один пункт на каждые 100 м2 уплотненной площади. При уплотнении грунтов с влажностью, отличающейся от оптимальной более чем на ±0,02, качество уплотнения проверяется определением плотности сухого грунта через 0,25-0,5 м по глубине при толщине уплотненного слоя до 2-2,5 м и 0,5-0,75 м при большей толщине. Для определения плотности закладывают шурфы (или проходят радиометрические скважины) из расчета один шурф на каждые 300 м2 уплотненной площади. При использовании сваебойного агрегата для вытрамбовывания котлованов в качестве трамбовки применяется полый металлический шаблон, сваренный из листов и закрепленный болтами на молоте. Эффективность вытрамбовывания котлованов определяется в основном теми же факторами, что и эффективность уплотнения грунтов тяжелыми трамбовками.

Простейшим, но малопроизводительным устройством для ударного уплотнения грунта трамбованием является чугунная или железобетонная плита, подвешиваемая к подъемному канату экскаватора, оборудованного стрелой драглайна. Опорная поверхность плиты имеет форму круга или квадрата площадью около 1 м2. Плита присоединяется к канату при помощи трех-четырех цепей. Необходимо иметь в виду вредное воздействие динамических нагрузок на механизмы и конструкцию экскаватора, возникающих при трамбовании плитой. Поэтому к указанному способу трамбования прибегают только в крайних случаях, при отсутствии других, более совершенных механизмов, или когда последние по каким-либо причинам не могут быть применены. Трамбующая машина Д-471А (228) самоходная, смонтирована на базе гусеничного трактора /. Рабочий орган машины состоит из двух трамбующих плит 11, перемещающихся по направляющим штангам 9 с подвижными удлинителями 10. Плиты подвешены на канатах 7, свободные концы которых закреплены на барабанах полиспастного механизма 3. Входной вал редуктора 2 соединен с валом двигателя трактора. На выводном валу редуктора закреплен кривошипный механизм, который поднимает и сбрасывает трамбующие плиты. Направляющие блоки канатного полиспаста расположены на конструкции, состоящей из передних стоек 4, компенсатора 5, задних стоек 8 и стяжек 6.

Для уменьшения скорости перемещения машины предусмотрен ходоуменьшитель.

Дизель-трамбовочная машина ЦНИИС-РРМЗ (229) смонтирована на гусеничном тракторе Т-100ГП. Рабочим органом машины являются дизель-трамбовки 5, закрепленные в вертикальном положении на раме 10, и плиты 8, шарнирно связанные с рамой трактора 1. Для подъема и опускания рамы 10 служит полиспаст 4, тяговый канат которого закреплен на барабане лебедки 9. Неподвижные блоки полиспаста расположены на конструкции 2, 3.

Запуск трамбовок выполняется гидроподъёмником 6. Для обслуживания трамбовок предусмотрена рабочая площадка 7.

В передней части машины на толкающих брусьях 11 размещается бульдозерный отвал 13 с планировочной плитой 12, служащие для разравнивания свеженасыпанного грунта перед двигающейся дизель-трамбовочной машиной и уравновешивания машины.

Для уменьшения скорости хода трактора до 80-200 м/ч в механизме перемещения предусмотрен ходоуменьщитель. Производительность трамбующих машин 150-300 м3/ч, толщина уплотняемого слоя до 1 м. Вибрационные машины. Грунтоуплотняющие вибрационные машины выпускаются в виде прицепных виброкатков, самопередвижных, навесных и подвесных виброплит и вибротрамбовок.

Котлованы вытрамбовываются под отдельно стоящие фундаменты с плоской или заостренной подошвой, ленточные прерывистые фундаменты, а также фундаменты с уширенным основанием, получаемым путем втрамбовывания отдельными порциями в дно вытрамбованного котлована жесткого материала (щебня, гравия, песчано-гравийной смеси, крупного песка и т.д.).

Перед началом производства работ по вытрамбовыванию котлованов обычно проводятся опытные работы в два этапа. На первом этапе, выполняемом с целью отработки технологии производства работ, определяют:

Ø- среднее число ударов трамбовки заданного веса, размеров и оптимальную высоту сбрасывания для вытрамбовывания котлованов необходимой глубины;

Ø- для фундаментов с уширенным основанием из жесткого материала количество и объем засыпки жесткого материала, а также необходимое число ударов для втрамбовывания каждой порции засыпки в дно котлована;

Ø- для ленточных прерывистых фундаментов минимально допустимые расстояния между двумя соседними котлованами при различной глубине их вытрамбовывания.

На втором этапе определяются плотность сухого грунта, влажность, прочностные характеристики ц и с уплотненного грунта, размеры уплотненной зоны вокруг вытрамбованного котлована, а также размеры уширенного основания при втрамбовывании в дно котлована жесткого материала. Кроме этого, в необходимых случаях проводят испытания опытных фундаментов на вертикальные и горизонтальные нагрузки и определяют модули деформации уплотненных и неуплотненных грунтов.

Опытные работы по вытрамбовыванию котлованов производятся на площадке, расположенной в непосредственной близости от строящегося объекта, в котловане, отрытом на проектную глубину, трамбовками всех видов и размеров, применяемыми для устройства фундаментов. В процессе опытных работ понижения дна котлована после каждых двух ударов трамбовки замеряют нивелированием ее верха. На основе этого строится график понижения дна котлована в зависимости от числа ударов трамбовки.

При вытрамбовывании котлованов под ленточные прерывистые фундаменты, а также под столбчатые фундаменты при расположении их в осях на расстояниях менее 2bm (где bm - ширина котлована в среднем сечении) дополнительно замеряются вертикальные и горизонтальные перемещения грунта на окружающей их поверхности по двум створам.

Для фундаментов с уширенным основанием опытные работы производятся, как правило, с втрамбовыванием жесткого материала трех различных объемов.

После втрамбовывания по оси котлована закладывают шурфы или разрабатывают траншеи на глубину не менее 2bm ниже его дна с таким расчетом, чтобы одна из стенок шурфа проходила через центр котлована. При этом определяют влажность, плотность сухого уплотненного грунта, форму и размеры уплотненной зоны и уширенного основания, а также отбирают монолиты уплотненного грунта с целью определения его прочностных характеристик ц и с.

На втором этапе опытных работ производятся испытания опытных фундаментов вертикальными и горизонтальными нагрузками.

Для вытрамбовывания котлованов трамбовка устанавливается по центру и осям будущего фундамента и трамбование производится последовательным сбрасыванием трамбовки по направляющей штанге с высоты 3-8 м. Высота сбрасывания трамбовки назначается такой, чтобы погружение трамбовки за один удар не превышало 0,15 глубины котлована, исключалось засасывание трамбовки, обеспечивалась сохранность стенок котлована и т.п. Для доуплотнения верхнего слоя дна котлована последний удар трамбовки делается с высоты около 1 м.

Засыпка и втрамбовывание жесткого материала в вытрамбованный котлован производится отдельными порциями из расчета заполнения котлована на 0,6-1,2 м по высоте и выполняется при поднятой трамбовке мерными емкостями (например, ковшом автопогрузчика). Каждая порция материала засыпается после втрамбовывания предыдущей порции до проектной глубины котлована или отметки, указанной в проекте. Жесткий материал втрамбовывается в дно котлована сбрасыванием трамбовки с высоты 4-8 м. При осыпании грунта со стенок котлована высота сбрасывания трамбовки снижается до 3-4 м. Втрамбовывание жесткого материала продолжается до тех пор, пока не будет погружен в грунт заданный в проекте объем материала. Втрамбовывание последней порции материала допускается прекращать, не доходя до проектной отметки, если после 12 ударов трамбовки понижение трамбуемой поверхности за 1 удар менее 3-4 см.

Смещение центров вытрамбованных котлованов от проектного положения не должно превышать 0,1 его ширины поверху или 0,05 при наличии стакана для установки колонны. При невыполнении этих условий перед сдачей котлованов производится соответствующая подрезка его боковых стенок вручную с удалением или доуплотнением осыпавшегося грунта на дно котлована. Приемка-сдача готовых котлованов под бетонирование фундаментов осуществляется отдельными захватками (секциями). Каждый котлован очищается от рыхлого и разуплотненного грунта на дне и стенках котлована и для исключения влияния атмосферных воздействий, а также с учетом требований техники безопасности закрывается крышкой.

Вытрамбовывание котлованов в зимнее время должно производиться при талом состоянии грунта при его природной влажности. При промерзании грунта на глубину более 30 см перед началом работ по вытрамбовыванию котлованов его оттаивают на всю толщу мерзлого слоя. Перед вытрамбовыванием котлованов снег и лед с поверхности грунта удаляются. При производстве работ по вытрамбовыванию котлованов и втрамбовыванию жесткого материала в дно котлована не допускается попадание в котлован комьев снега, льда, мерзлого грунта. Втрамбовывание жесткого материала в дно котлована в зимних условиях должно производиться сразу же после вытрамбовывания котлована, пока грунт не замерз. После втрамбовывания материала котлованы должны закрываться утепленными крышками с тем, чтобы сохранить талое состояние грунта на дне и стенках; котлованов до бетонирования фундаментов.

Глубинное уплотнение пробивкой скважин

Глубинное уплотнение грунтов пробивкой скважин (грунтовыми сваями) заключается в том, что в уплотняемом массиве пробивают ударным снарядом скважины с вытеснением грунта в стороны и созданием вокруг них уплотненных зон. Затем эти скважины засыпают местным грунтом с послойным уплотнением тем же снарядом. При расположении скважин на определенных расстояниях l, обычно изменяющихся от 2,5 до 5 диаметров скважины, получается массив уплотненного грунта, характеризующийся повышенными прочностными характеристиками и более низкой сжимаемостью. За счет частичного выпора грунта при пробивке скважин верхняя часть уплотненного массива, называемая буферным слоем, разуплотняется и перед закладкой фундаментов ее снимают или доуплотняют. Глубинное уплотнение пробивкой скважин применяется в просадочных лессовых и насыпных глинистых грунтах при степени их влажности 0,3-0,7.

Для пробивки скважин и уплотнения засыпаемого в них грунта применяются станки ударно-канатного бурения БС-1М или БС-2 и навесное оборудование к крану-экскаватору. Станки БС-1М имеют штангу (ударный снаряд) весом 28-32 кН с наконечником диаметром 325-425 мм и обеспечивают 44-52 удара в 1 мин с высоты 0,9-1,1 м, при которых достигается пробивка скважин диаметром 0,5-0,55 м и создается уплотненная зона радиусом 0,7-0,9 м.

Навесное оборудование к крану-экскаватору для пробивки скважин, близкое по конструкции к описанному выше, включает направляющую штангу и пробивной снаряд в виде штанги с наконечником диаметром 520-820 мм, весом 30-55 кН, сбрасываемый с высоты 4-10 м.

Расположение скважин (а) и разрез уплотненного массива (б) грунтовыми сваями: 1 - пробитые скважины; 2 - уплотненные зоны вокруг скважин

При таком диаметре наконечника обеспечивается возможность пробивки скважин диаметром 0,7 - 1 м и создания уплотненной зоны радиусом 1,2 - 1,8 м.

Опытные работы по глубинному уплотнению пробивкой скважин выполняются перед началом производства работ с целью уточнения: расстояния между скважинами; расхода грунта для заполнения скважин; минимально допустимой степени плотности грунта в уплотненном массиве; технологии производства работ. Опытное уплотнение производится отдельными скважинами на глубину не менее 15 диаметров пробивного снаряда с закладкой контрольного шурфа для отбора проб на влажность и плотность грунта.

Производство работ по глубинному уплотнению просадочных грунтов пробивкой скважин включает: подготовку котлована для уплотнения, пробивку скважин, заполнение скважин грунтовым материалом и пооперационный контроль качества выполненных работ.

Котлованы для глубинного уплотнения пробивкой скважин разрабатываются по всей площади здания или отдельными участками с учетом последующего удаления или доуплотнения буферного слоя. Во всех случаях должен полностью срезаться почвенно-растительный слой грунта, содержащий более 0,05 органических остатков.

Пробивку скважин, как правило, осуществляют при природной влажности грунта. Если влажность грунтов значительно ниже оптимальной, при пробивке скважин подливают воду, необходимое количество которой подбирается опытным путем. При наличии переувлажненных грунтов для проходки скважин применяют ударный снаряд с наконечником меньшего диаметра с соответствующим уменьшением расстояния между скважинами. В случаях, когда переувлажненный грунт залегает линзами непосредственно с поверхности, производят замену его грунтом оптимальной влажности и пробивку скважин ведут через насыпной слой. При этом перед устройством фундаментов верхнюю часть уплотненного грунта доуплотняют тяжелыми трамбовками на глубину не менее 2 м.

При пробивке скважин положение мачты должно быть вертикальным. Скважины пробивают через одну. Пропущенные скважины пробивают после полного заполнения предыдущих грунтовым материалом. Обычно при глубинном уплотнении станки ударно-канатного бурения работают попарно с таким расчетом, что один станок пробивает скважины, а другой уплотняет засыпаемый в них грунт.

При необходимости повышения прочности в нижней части уплотненного массива и создания под ним основания повышенной несущей способности в дно пробитой скважины втрамбовывается жесткий грунтовый материал (щебень, гравий, песчано-гравийная смесь, крупный песок и т.п.). Жесткий грунтовый материал отсыпается отдельными слоями высотой 0,8-1,2d (где d - диаметр скважины) и втрамбовывается до отказа, т.е. когда понижение дна скважины за 25 ударов не превышает 2 см. В нижнюю часть уплотненного массива жесткий грунтовый материал отсыпается слоями толщиной 1,5-2d и уплотняется 25-30 ударами трамбовки (в течение 0,5 мин),

Засыпка верхней части скважин, а также по всей их глубине в случае применения обычного глубинного уплотнения выполняется местным лессовым или глинистым грунтом с влажностью, близкой к оптимальной. Отклонение влажности засыпаемого в скважины глинистого грунта от оптимальной допускается не более чем на +0,02 или -0,06.

Для засыпки грунтового материала в скважины обычно используют малогабаритные бульдозеры (например, ДТ-54), оборудованные совками-дозаторами с таким расчетом, чтобы вместимость их составила 0,25-0,3 м3. Грунтовый материал в скважины засыпают при поднятом ударном снаряде.

При пооперационном контроле за качеством работ по пробивке скважин проверяются их диаметр, глубина и расстояние между скважинами поверху. В том случае, если получившиеся расстояния между скважинами превышают заданные в проекте более чем на 20-25 %, проходят дополнительные скважины наконечником меньшего диаметра (210-250 мм). При заполнении скважин грунтовым материалом контролируются объем грунта в каждой отсыпаемой порции, влажность отсыпаемого глинистого грунта, однородность его состава на основе визуального осмотра, число ударов трамбующего снаряда для уплотнения каждой порции грунта. В необходимых случаях после завершения работ определяются плотность сухого грунта и его влажность путем проходки шурфов или радиометрических скважин.

Уплотнение подводными и глубинными взрывами

Уплотнение грунтов взрывами заключается в одновременном взрывании в водной или грунтовой среде установленных по определенной сетке на некоторой глубине от поверхности (рис. 13.9) зарядов взрывчатого вещества (ВВ), под воздействием которых происходит разрушение существующей структуры грунта и его дополнительное уплотнение. При этом с целью снижения прочности маловлажных грунтов до минимального значения и создания наиболее благоприятных условий для разрушения существующей структуры и уплотнения грунта до взрывов производят предварительное его замачивание.

При уплотнении подводными взрывами заряды ВВ взрываются в водной среде.

Схемы уплотнения грунтов: а - подводными; б - глубинными взрывами; 1 - котлован; 2 - уровень поды; 3 - обвалование котлована; 4 заряды взрывчатого вещества; 5 - скважины для установки зарядов; 6 - дренажные скважины

Слой воды, расположенный под зарядами, обеспечивает равномерную передачу взрывного воздействия на грунт. Столб воды, находящийся выше ВВ, служит для гашения энергии взрыва, направленной вверх. В процессе глубинных взрывов пригрузку создает верхний слой грунта, в связи с чем заряды ВВ располагаются на достаточной глубине.

Уплотнение подводными взрывами выполняется в котлованах с высотой столба воды не менее 1,3-1,5 м с таким расчетом, чтобы толщина воды над зарядами была не менее 1 м, ниже - равнялась 0,3-0,4 м. Заряды ВВ массой 0,5-1,5 кг устанавливаются по сетке через 0,6-1,2 м. В результате подводного взрыва происходит уплотнение под влиянием как взрывного воздействия, так и собственного веса грунта с понижением уплотненной поверхности на 0,3-0,8 м и образованием по ее периметру трещины-уступа. Максимальное значение плотности сухого грунта при уплотнении подводными взрывами наблюдается на глубине 0,2-0,3 м от поверхности, а ниже - уменьшается до природной. Глубина уплотнения подводными взрывами в зависимости от грунтовых условий, величины зарядов обычно составляет 1-4 м.

Уплотнение глубинными взрывами (см. рис. 13.9, б) также производится в котлованах глубиной 0,3-1 м. Маловлажные грунты обычно предварительно замачивают через дренажные скважины, что снижает продолжительность замачивания, расход воды и растекание ее в стороны. Заряды ВВ массой 5-12 кг устанавливаются на глубине 3-12 м в скважинах, расположенных на расстоянии 4-10 м одна от другой. При глубинном взрыве происходит уплотнение грунта в нижней части массива с понижением уплотненной поверхности на 0,5-2,5 м и образованием по ее периметру трещин с уступами.

Толщина верхнего недостаточно уплотненного слоя грунта в зависимости от его вида изменяется от 2-3 до 5 - 6 м.

Уплотнение подводными взрывами применяется в просадочных лессовых грунтах с I типом грунтовых условий по просадочности, рыхлых песчаных и глинистых грунтах, в том числе намывных и насыпных, а глубинными взрывами - в просадочных лессовых грунтах с II типом грунтовых условий по просадочности, в рыхлых песчаных, супесчаных грунтах, главным образом намывных под воду. Наибольшая эффективность достигается при уплотнении взрывами песчаных грунтов, супесей, а также лессовидных суглинков с плотностью сухого грунта до 1,45 т/м3 и числом пластичности до 0,14. В плотных глинистых грунтах с большим содержанием глинистых частиц прочность оказывается достаточно высокой, поэтому такие грунты при взрывном воздействии полностью не разрушаются, в результате чего могут образоваться камуфлетные полости, не заполненные грунтом.

При уплотнении грунтов подводными и глубинными взрывами необходимо учитывать возникновение опасных зон, влияние на эффективность уплотнения степени влажности грунтов, консолидацию по мере снижения влажности уплотненных грунтов и другие факторы. Опасные зоны по действию воздушной волны и колебаниям грунтового массива определяются в основном массой одновременно взрываемого заряда и обычно распространяются на расстояние 30-60 м. Наибольшая эффективность уплотнения взрывами достигается при степени влажности грунтов 0,7-0,8. При такой влажности прочностные характеристики снижаются до минимальных величин, и в грунте сохраняются заполненные воздухом поры, способствующие интенсивному уплотнению грунта в процессе взрывов и после них.

Качество уплотнения грунтов поверхностными и глубинными взрывами определяется по общей величине осадки поверхности, а также определением плотности сухого уплотненного грунта радиоизотопными методами, методом режущего кольца и др.

Тяговый расчет скребкового конвейера

Скребковые конвейеры являются наиболее распространенными машинами непрерывного транспорта, благодаря ряду технико-экономических показателей: герметичность, перемещение горячих и токсичных грузов, возможность промежуточной загрузки и разгрузки, реализация трасс с большими углами наклона (до 40°), возможность полной автоматизации управления работой конвейера. Благодаря широкому применению, основные элементы скребковых конвейеров унифицированы и нормализованы: тяговые цепи, привода, натяжные, загрузочные устройства.

К особенностям проектирования скребковых конвейеров можно отнести следующее: промышленность выпускает только отдельные части: приводные станции, звездочки, тяговые цепи, натяжные станции, поэтому конвейер, как транспортирующая машины, создается в процессе расчета и проектирования конкретного объекта.

Тяговые цепи для проектируемого конвейера принимаются втулочно катковые с ребордами согласно ГОСТ 588-91. Можно применять цепи исполнения 1 или 2, т.е. неразборные или разборные. Приводная станция, как правило, располагается в головной части конвейера и состоит из электродвигателя, редуктора, приводного вала, муфт и металлической конструкции. Натяжная станция располагается в хвостовой части конвейера. Для заданных схем трасс скребковых конвейеров желательно применять винтовое или пружинно-винтовое натяжное устройство. Загрузка конвейера осуществляется из бункера. По согласованию с руководителем бункер может оснащаться питателем. Груз в желоб подается при помощи загрузочной воронки и направляющего лотка.

Расчеты необходимо выполнять в следующей последовательности:

? определение режима и условий работы конвейера;

? определение расчетной максимальной и эксплуатационной производительностей;

? расчет ширины и высоты желоба;

? выбор конструктивных параметров скребка;

? выбор параметров тяговой цепи;

? проектировочный расчет основных параметров привода: электродвигателя, редуктора, муфт;

? определение параметров тела волочения;

? поверочный расчет натяжения тягового элемента в характерных точках трассы;

? диаграмма натяжения тягового элемента;

? окончательный выбор основных элементов приводной станции;

? подбор натяжного устройства.

Недостающие физико-механические свойства транспортируемого груза: насыпная плотность, угол естественного откоса, коэффициент трения груза о желоб, о направляющие борта загрузочного устройства выбираются из приложения А.

Машины непрерывного транспорта, перемещающие груз скребками по желобу или трубе волочением, называются скребковыми конвейерами. Форма и высота скребка являются главными признаками, по которым скребковые конвейеры разделяют на конструктивные типы.

Различают конвейеры со сплошными и контурными (фигурными) скребками. Сплошные скребки бывают высокие и низкие; высота высоких скребков примерно равна высоте желоба и в несколько раз больше высоты тяговой цепи; высота низких скребков близка к высоте цепи и значительно (в 3-6 раз) меньше высоты желоба. Принципиальная схема скребкового конвейера с высокими скребками представлена на рисунке.

Принципиальная схема скребкового конвейера со сплошными высокими скребками

Скребковый конвейер со сплошными высокими скребками состоит из открытого желоба 5, укрепленного на станине 4, вдоль которого движется вертикально замкнутая тяговая цепь (или две цепи) 1 с укрепленными на ней скребками 2, огибающая концевые (приводную и натяжную) звездочки.

Движение, тяговая цепь получает от привода 3, а первоначальное натяжение - от натяжного устройства 6. Транспортируемый груз засыпается в желоб конвейера в любом месте по его длине и проталкивается скребком по желобу.

Разгрузка конвейера может производиться в любом месте по его длине через отверстия в дне желоба, перекрываемые шиберными задвижками или затворами. Последние открываются при помощи электромеханического (винтового), пневматического или гидравлического привода с ручным или дистанционным управлением.

Для конвейеров малых типоразмеров иногда применяют ручной привод. Груз может транспортироваться по нижней ветви, верхней ветви (при консольных скребках) или одновременно по верхней и нижней ветвями разных направлениях (при симметричных скребках).

Скребковые конвейеры с высокими скребками в основных исполнениях являются вертикально замкнутыми и перемещают груз в горизонтальном (рисунок 2.2, а), наклонном (рисунок 2.2, б), наклонно-горизонтальном (рисунок 2.2, в) и горизонтально-наклонном (рисунок 2.2, г) направлениях. Комбинированные трассы (рисунок 2.2, в, г и д) возможны только для конвейеров с двумя тяговыми цепями или же с одной цепью, снабженной опорными катками для направления ходовой части на поворотном участке.

Схемы трасс скребковых конвейеров с высокими скребками

Пример расчета

Таблица - Исходные данные для расчета

ПараметрОбоз.Знач.Коэффициент неравномерности загрузки конвейераКН0,88Коэффициент использования конвейера по рабочему времениКВ0,87Средняя производительность, т/чQСР40Максимальная производительность, т/чQmax50Плановое время работы конвейера, суткиtП.С.18tП.Г.5600Коэффициент использования конвейера по производительностиКП0,7Наименование груза-золаУгол наклона конвейераb°30Схема конвейера по рис. 3.2-gДлина конвейера, мL-Расстояние, мL135Расстояние, мL225Расстояние, мL355Высота конвейера, мH7

Режимы и условия работы конвейера

При расчете скребкового конвейера, его узлов необходимо обеспечить их прочность и долговечность, необходимо знать характеристики нагружения продолжительность действия нагрузок.

Режим работы позволяет при проектировании выбирать оборудование и расчетные параметры. Основными критериями определения режима работы являются классы использования конвейера по времени (В) и по производительности (П).

Использование конвейера по времени характеризуется коэффициентами относительного времени плановой работы за сутки и за год

Где tп.с, tп.г - плановое время работы конвейера в сутки или за год;, tгод - календарное время работы конвейера в сутки или год.

Класс использования конвейера по времени выбирается из таблицы. По полученным данным класс использования конвейера по времени составил В4. Использование конвейера по производительности характеризуется коэффициентом загрузки, значение которого определяется по формуле

где Qcp и Qmax - средняя и максимальная производительности т/ч.

Таблица - Классы использования конвейера пo времени

Класс использования по времениСуткиГодtП.С., чКСУТtП.Г., чКГОДВ1до 5до 0,20до 600до 0,20В25-70,20-0,321600-25000,20-0,32В37-160,32-0,632500-40000,32-0,50В416-240,63-1,004000-63000,50-0,80В5241,006300-80000,80-1,00

Под максимальной производительностью понимается производительность загрузочного устройства. В техническом задании указаны Qср и Qmax.

Классы использования ленточного конвейера по производительности принимают в зависимости от Кп табл.

Таблица - Классы использования ленточного конвейера по производительности

Кпдо 0,250,25 - 0,630,63-1,00КлассП1П2П3

По табл. класс использования ленточного конвейера по производительности определяем - П3.

Установленные классы использования регламентируют пять режимов работ конвейеров (табл.).

Таблица - Режимы работы конвейера по классам использования

Класс использования конвейера по времениКласс использования конвейера по производительностиП1П2П3В1ВЛВЛЛВ2ЛЛСВ3ССТВ4ТТВТВ5ТВТВТПримечание. ВЛ - весьма легкий; Л - легкий; С - средний; Т - тяжелый; ВТ - весьма тяжелый

По табл. определяем, что режим конвейера по классам использования - ВТ - весьма тяжелый. В табл. указаны режимы работы и примеры использования конвейеров

Таблица - Режимы работы и примеры использования конвейеров

Время работы в суткиКласс использования по времениРежимы работыПример использования конвейераМенее одной сменыВ1ВЛПериодически работающие конвейеры, например, на отдельных секциях склада; для уборки стружки или просыпи земли1 смена 2 смены 3 сменыВ2 В3 В4Л С ТКонвейеры всех видов, непрерывно работающие на предприятиях различных отраслей промышленностиКруглосуточноВ5ВТКонвейеры для непрерывных процессов в химической, металлургической промышленности (конвейер для подачи шихты в доменную печь)

Расчетная производительность конвейера

Параметры желоба скребкового конвейера принято определять по технической или расчетной максимальной производительности, а линейные нагрузки по расчетной средней производительности.

Расчетная максимальная производительность определяется по следующей зависимости

т/ч

гдеQmax - максимальная производительность загрузочного устройства, т/ч;

Кн - коэффициент неравномерности загрузки конвейера;

Кв - коэффициент использования конвейера по рабочему времени;

Кг - коэффициент готовности конвейера, Кг = 0,96.

Расчетная средняя производительность определяется по формуле

т/ч.

Где QСР - средняя производительность (т/ч).

Проектировочный расчет

При проектировочном (приближенном) расчете скребковых конвейеров определяют тяговое усилие (окружное) на приводном валу, расчетную мощность двигателя привода, натяжения цепи в набегающей на приводной вал и сбегающей с него ветвях, шаг цепи, диаметры приводных звездочек, передаточное число приводного механизма, типоразмер редуктора, муфт и если необходимо тормозной момент, параметры натяжного устройства.

Для простых трасс конвейера проектировочный расчет может быть окончательным.

Определение параметров желоба

Производительность скребкового конвейера в основном зависит от поперечных размеров желоба и скорости движения скребков. Ширина и высота желоба, являются основными параметрами, определяющим производительность скребкового конвейера. Сечение желоба имеет форму скребка, которая может быть прямоугольной, трапецеидальной, полукруглой. В работе форма скребка принимается прямоугольной.

Скорость движения скребков лежит в пределах 0,25-1,0 м/с, обычно назначают скорость 0,3-0,5 м/с. Для ряда грузов назначают следующие скорости скребков (м/с):

Кок0,5Песок, гравий0,9Уголь, камень, порода0,65Угольная мелочь1,0Зола, известь, цемент0,75

В исходных данных в качестве материала задан уголь, поэтому выбираем скорость движения скребков м/с.

Ширина желоба (м) для обеспечения производительности определяется по формуле

Где kh - коэффициент высоты желоба; kh = 2,4….4,5;в - коэффициент уменьшения производительности, табл. 2.6;

ш - коэффициент заполнения желоба; ш = 0,5-0,6 - легко сыпучие грузы; ш = 0,7- 0,8 - плохо сыпучие грузы;

н - скорость движения скребков;

g - насыпная плотность груза, т/м3. g=0,8 т/м3

Таблица - Коэффициент уменьшения производительности

Транспортируемый грузЗначение kв при угле наклона конвейера b0°10°20°30°35°40°Легко сыпучий0,5-0,60,42-0,510,32-0,390,25-0,3--Плохо сыпучий0,7-0,80,7-0,80,59-0,680,52-0,60,42-0,480,35-0,4

м.

Значение Вж округляется до ближайшего большего по нормальному ряду 200; 250; 320; 400; 500; 650; 800; 1000; 1200 мм.

Для дальнейших расчетов принимаем Вж = 800 мм = 0,8 м.

Для кусковатых грузов ширина желоба должна проверяться по характерному размеру частиц груза amax по формуле

Где kК - коэффициент кусковатости груза: для двухцепных конвейеров kк = 2¸3,5 - рядовые грузы и kК = 3¸7 - для сортированных;- максимальный размер типичных кусков, мм (определяем по табл. 2.7). Принимаем amax = 0,05¸0,5 мм.

Условие соблюдается. 800 > 6

Таблица - Группы грузов по гранулометрическому составу

Группа грузовРазмер типичных частиц аMAX, ммОсобо крупныеБолее 200Крупнокусковые160…320Среднекусковые60…160Мелкокусковые10…60Крупнозернистые2…10Мелкозернистые0,5…2Порошкообразные0,05…0,5ПылевидныеМенее 0,05

Во избежание зависания груза в горловине загрузочной воронки ширина желоба для плохосыпучих грузов проверяется по формуле

,

Где j - угол внутреннего трения насыпного груза, табл. 3.8;' - коэффициент запаса, k' = 1,5 ÷ 2;

ф0 - начальное сопротивление сдвигу, ф0=90Па; (см. приложение А).

мм.

Для идеальных сыпучих материалов, когда отсутствует сцепление частиц груза между собой, угол внутреннего трения равен углу естественного откоса.

Таблица - Величина угла естественного откоса

ГрузУгол естественного откоса, °в покоев движенииКаменный уголь27…4520…40Кокс30…3527…31Гравий30,5…4538…39Торф45…5039…45Щебень40…4535…40Песок34,5…4035Глина40…4537…41,5Руда35…37,536

В случае, когда А оказывается больше, чем рассчитанная ранее ширина желоба Вж, следует последнюю принять не менее А, соответственно снизив скорость движения тягового элемента.

Высота желоба hЖ определяется по формуле

мм.

Окончательное значение hж выбирается из нормального ряда 100, 125, 160, 200, 250, 320 мм.

Окончательно для дальнейших расчетов принимаем hЖ = 320 мм = 0,32 м.

Ширина скребка ВС (мм)

Где Д = 5÷10 мм - зазор между желобом и скребком.

мм = 0,78 м.

Высота скребка (мм) при консольном креплении

мм = 0,35 м.

Шаг скребков принимается кратным шагу цепи

Где tЦ - шаг цепи, принимаем tЦ = 400 мм, см. приложение О.

мм.

Шаг цепи tц не зависит от прочностных характеристик последней и его рекомендуют принимать в диапазоне 160, 200, 250, 315, 400 мм.

В первом приближении можно принимать ас = tц. Окончательно шаг скребков принимают после определения длины тела волочения, но кратным шагу цепи. Ходовая часть скребкового конвейера представлена на рисунке 2.3.

Параметры нормализованных скребковых конвейеров с прямоугольными скребками по типажу, разработанному ВНИИПТМАШ, даны в приложении О.

Выбор тяговой цепи

Тип цепи. Наиболее распространенными для скребковых конвейеров порционного волочения являются пластинчатые втулочно-катковые цепи, параметры которых регламентированы ГОСТ 588-91.

Ходовая часть скребкового конвейера

Типоразмер цепи определяется по разрушающей нагрузке SP, зависящей от расчетной нагрузки Sрасч, действующей на цепь

Где n - коэффициент запаса прочности; n = 8…10.

Расчетная нагрузка (Н), действующая на цепь

Где kН - коэффициент неравномерности распределения нагрузки между цепями; kн = 1 - для одноцепных конвейеров, kн = 0,55…0,62 - для двухцепных;- максимальная нагрузка в тяговом элементе;дин - динамическая нагрузка.

Для определения Sрасч необходимо предварительно вычислить ряд параметров: распределенные нагрузки от груза qг и ходовой части конвейера q0, горизонтальную Lг и вертикальную Н проекцию трассы конвейера

Линейная сила тяжести (Н/м) насыпного груза

Линейная сила тяжести (Н/м) ходовой части

,

Где Kq = 0,5…0,6 для одноцепных конвейеров и Kq = 0,6…0,8 для двухцепных конвейеров (большие значения принимают при меньшей производительности конвейеров).

Н×м.

Н×м.

Коэффициент бокового давления

Где kC - коэффициент стационарности, kc = 1 для стационарных конвейеров и kc = 1,1…1,2 - для передвижных конвейеров;- коэффициент внутреннего трения груза; f=0,85

.

Коэффициент сопротивления движению груза по желобу

Где fВ - коэффициент внешнего трения груза о материал желоба; fВ = 0,6 см.- усредненная высота слоя груза в желобе.

Усредненную высоту слоя груза h в желобе можно приближенно принимать равной

м.

.

Сила тяжести (Н) тела волочения Gi определяется по формуле

Где k2 = 0,8 - для пылевидных грузов и k2 = 0,9 - для прочих грузов.

Н.

Минимальное натяжение тягового элемента (Н) при верхнем креплении скребка к цепям определяется по формуле

Где дС - допустимый угол наклона скребка от вертикали, принимается в пределах 2-3°.

Н.

Максимальное натяжение (Н) тягового органа

Где LГ - горизонтальная проекция длины конвейера, м;

Н - высота подъема груза, м.- обобщенный коэффициент сопротивления перемещению тягового элемента (таблица 2.9).

Таблица - Коэффициент сопротивления w0 для малоабразивных грузов

Рабочий органЗначение w0 при производительности конвейера, т/ч4,59,0182736456898114136159182 и вышеКатковые цепи2,31,71,31,11,050,970,890,820,780,750,740,72Скользящие цепи4,23,02,31,91,71,61,41,21,151,11,00,99

При Н < LГw последний член формулы принимают равным нулю. Горизонтальная LГ и вертикальная Н проекции трассы конвейера (рисунок 3.6) определяются в зависимости от конфигурации трассы тригонометрическими расчетами. При этом если пункт разгрузки находится выше пункта загрузки, то величина проекции Н принимается со знаком плюс и, наоборот.

Н.

Динамическое натяжение (Н) тяговой цепи

Где КИ = 0,75…1,5 - коэффициент, учитывающий интерференцию упругих волн;

ZЗВ - число зубьев приводных звездочек; принимаем ZЗВ = 6¸12;' = 0,3…0,5 - коэффициент участия в колебательном процессе массы перемещаемого груза;" - коэффициент участия в колебательном процессе массы ходовой части конвейера;Ц - шаг цепи, м;

L, м< 2525…60> 120k²1,00,751,0Г - масса груза, находящаяся на конвейере (кг)

кг;

- масса ходовой части конвейера (кг)

кг;

Где L - длина трассы конвейера (м)

Где Li - горизонтальная проекция участка трассы i, м;

вi - угол наклона рассматриваемого участка трассы к горизонту.

По заданию b = 15, поэтому .

По значению разрывной нагрузки Sр из приложения Б выбирают типоразмер цепи.

Н.

Тогда

Н.

Н.

Выбираем цепь из приложения Б - М160 с пределом разрушающей нагрузки 160 кН.

Определение параметров приводной станции

Мощность электродвигателя привода скребкового конвейера (кВт) определяется по формуле

Где kЗ - коэффициент запаса; kз = 1,15-1,25;

зПМ - к.п.д. привода; в работе принимается зпм = 0,85;

кВт.

В приводных станциях скребковых конвейеров (рисунок 2.4) широко используются трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором типа 4А при суммарной мощности привода не более 160 кВт. При большей мощности рекомендуется применять двигатели с фазным ротором. Двигатель выбирается из приложения В, размеры из приложения Г. Мощность выбранного электродвигателя не должна быть меньше установочной. Синхронная частота вращения ротора электродвигателя с учетом небольших скоростей тягового элемента принимается в пределах nэдв = 750÷1000 об/мин.

Параметры выбранного электродвигателя записываются в виде таблицы:

Тип 4А200М6УЗМомент инерции 0,4 кг м2Мощность 22 кВтМmin/Мном 1,0Число оборотов 975 об/минМmax/Мном 2,0

Приводная станция скребкового конвейера

Номинальный вращающий момент (Н×м) на валу электродвигателя

Где РЭДВ - мощность электродвигателя, кВт;ЭДВ - число оборотов вала электродвигателя, об/мин.

Н×м.

Число зубьев приводных звездочек принимают из диапазона zЗВ = 6…12.

Делительный диаметр (мм) приводной звездочки

Где tЦ -шаг цепи, мм.

мм = 0,8 м.

Делительный диаметр звездочки является расчетным параметром и вычисляется с точностью два знака после запятой.

Число оборотов звездочки

об/мин.

Делительный диаметр звездочки подставляется в метрах.

Передаточное число привода

.

Вращающий момент (Нм) на приводном валу конвейера (тихоходном валу редуктора)

Н×м.

Полученное передаточное число привода получилось большим 54,2, поэтому применим понижающую передачу - одноступенчатую зубчатую с передаточным отношением Тогда

.

Редуктор приводной станции скребкового конвейера подбирается по передаточному числу, мощности двигателя (или вращающему моменту на тихоходном валу) и режиму работы (если в техническом задании не указано на проектирование специального редуктора). В приводах скребковых конвейеров основное применение находят цилиндрические Ц2, Ц3 и цилиндро-конические редукторы КЦ1, КЦ2.

Параметры выбранного редуктора выбираем из приложений Д, Е, Ж, З, И, К, Л и записываем в виде таблицы:

Тип редуктораЦ2-300

передаточное число редуктора10,06

мощность на быстроходном валу, кВт10,8

частота вращения быстроходного вала, об/мин1000

Тормоза и остановы. Для предотвращения обратного хода тягового органа с грузом и засыпания приемных устройств конвейеров, находящихся в технологических линиях, необходимо устанавливать тормоза или остановы. Рекомендуется у наклонных конвейеров, имеющих углы наклона больше 6°, в приводах устанавливать тормозные устройства. Типоразмер тормозного устройства определяется по тормозному моменту. Наиболее распространенными типами тормозов, применяемых в приводах ленточных конвейеров, являются колодочные типа ТКТ.

Для предотвращения движения груженого конвейера в обратную сторону при остановке двигателя проще и надежнее для останова использовать двухколодочный тормоз, устанавливаемый на валу двигателя.

Тормозной момент при тяжелом режиме работы, Н×м

Где kT - коэффициент, учитывающий тяжелый режим работы,

Н×м.

По табл. 2.10 подбираем двухколодочный тормоз ТКГТ-300М переменного тока с пружинным замыкание и размыканием от электромагнита конструкции ВНИИПТМАШа с тормозным моментом 800 Н×м.

Таблица - Характеристика тормозов ТКТ с короткоходовым магнитом

ТормозТормозной момент, Н×мТормозТормозной момент, Н×мТКТ-10020ТКТГ-400М1000ТКТ-200/100401250ТКТ-2001601500ТКТ-300/200240ТКТГ-500М1750ТКТ-3005002000ТКТГ-300М60022507002500800

Муфты. В приводных механизмах в качестве быстроходных муфт применяются муфты упругие втулочно-пальцевые (МУВП) и зубчатые (МЗ), в качестве тихоходных муфт применяются кулачково-дисковые (КДН), (КДП), зубчатые (МЗ).

В приложениях М и Н приведены основные параметры муфт зубчатых и упругих втулочно-пальцевых.

Между электродвигателем и редуктором устанавливаем муфту. Номинальный момент муфты равен крутящему моменту на приводном валу электродвигателя МНОМ.

Расчетный момент муфты, Н×м

Н×м.

По результатам расчета выбираем муфту МУВП 500.

Подробный (проверочный) тяговый расчет

Производительность конвейера проверяется по формуле

Где k2 = 0,8 - для пылевидных грузов и k2 = 0,9 - для прочих грузов;

н - скорость цепи в м/с;- сила тяжести тела волочения, Н.

Для хорошо сыпучих грузов (t0 = 0) сила тяжести (Н) тела волочения определяется по формуле

Где hТ - высота тела волочения, принимается в пределах hT = (0,7¸0,8)hЖ;

в - угол наклона конвейера к горизонту;- коэффициент трения груза о дно желоба, .

Шаг скребков ас принимают больше или равным длине тела волочения

Где бн - угол естественного откоса насыпного груза, для связных грузов .

Тогда получаем шаг скребков

Принимаем шаг скребков м.

Методика тягового расчета скребкового конвейера

Тяговый расчет. Окончательный выбор тягового элемента и параметров приводной станции производится на основании подробного тягового расчета, позволяющего определять усилия натяжения в произвольной точке контура ленты в зависимости от сил сопротивления движению тягового элемента. Подробный тяговый расчет выполняется последовательным суммированием сил сопротивления движению ленты по всей трассе конвейера.

Силы сопротивления движению тягового элемента на различных участках трассы делят на распределенные по длине конвейера и сосредоточенные (местные). К сосредоточенным относятся силы сопротивления на поворотных участках, в местах загрузки, промежуточной разгрузки, на очистных устройствах, местах огибания переходных кривых и др.

Распределенные сопротивления при движении тягового элемента рассчитываются на прямолинейных участках трассы конвейера. Они складываются из следующих сопротивлений: сопротивления движению цепи, сопротивления перемещения груза по желобу волочением. На наклонных участках еще добавляется продольная составляющая силы тяжести ленты и лежащего на ней груза.

Сила сопротивления на прямолинейном участке рабочей ветви

на порожней ветви

Где l - горизонтальная проекция участка, м;- вертикальная проекция участка, м;

знак «+» принимается при подъеме груза, а «-» при спуске.

Сосредоточенные сопротивления. Наряду с распределенными силами сопротивления возникают различные сосредоточенные силы сопротивления. Основными из них являются сопротивления на отклоняющих звездочках, в местах загрузки и разгрузки на криволинейных участках трассы.

Натяжение цепи за пунктом местного сопротивления можно определять

Где k - коэффициент сопротивления.

Сопротивление на поворотном или отклоняющем устройстве (звездочка) складывается из сил трения в опорах и сопротивления изгибу цепи. Наиболее употребительна в этом случае зависимость

Где k - коэффициент сопротивления на поворотном или отклоняющем барабане

Сопротивление на криволинейном участке трассы

Где w - коэффициент сопротивления на роликовых батареях.

Сопротивления на очистных устройствах определяется по формуле

Где wОЧ - удельная сила сопротивления очистительного устройства; wОЧ = 300…500 Н/м;ОЧ - число очистительных устройств на конвейере.

Сопротивление загрузочного устройства (Н)

Тяговый расчет ведут общим методом, изложенным, например, в работе [1], причем начинают расчет с точки минимального натяжения. Минимальное натяжение цепей принимают в пределах 3-10 кН (большие значения - для длинных конвейеров).

У горизонтальных конвейеров (рисунок 2.5, а) точка Smin расположена в месте сбегания цепи с приводной звездочки.

У наклонных конвейеров (рисунок 2.5, б) и конвейеров, наклонных в хвостовой части (рисунок 2.5, в), точка Smin может быть в точках 1 и 2, в зависимости от соотношения величины Lг w и H.

Если LГw > H, то Smin находится в точке 1, а если LГw < H, то Smin - в точке 2. При LГw = H натяжения в точках 1 и 2 равны (без учета потерь на перегиб трассы).

Для комбинированных конвейеров с горизонтальными хвостовыми участками (рисунок 3.5, г и д) расположение Smin зависит от соотношения величин L1w и H, где L1 - горизонтальное расстояние от привода до начала горизонтального хвостового участка. Если L1w > H, то Smin находится в точке 1, а если L1w < H, то Smin - в точке 2.

Расчетные схемы скребковых конвейеров порционного волочения (жирные линии со стрелками показывают ход материала)

Для определения тягового усилия используют метод обхода по контуру ленты. Контур, образованный цепями (рисунок 2.6), состоит из прямолинейных и криволинейных участков различной длины. Точки сопряжения нумеруются, начиная с точки сбегания ленты с приводного барабана. Кроме точек сопряжений могут нумероваться и другие характерные точки (месторасположение загрузочных, разгрузочных, очистных устройств).

Натяжение ленты в каждой последующей точке контура равно сумме натяжения в предыдущей точке и сил сопротивления на участке между этими точками

Где Si - натяжение ленты в точке i;(i+1)-i - силы сопротивления движению ленты на участке между точками i + 1 и i.

Формула является алгебраической, т.е.

Расчетная схема трассы конвейера

Определяя и суммируя все действующие на участках трассы распределенные и сосредоточенные силы сопротивления, находят суммарную силу сопротивления движению (тяговое усилие), равную разности усилий в набегающей и сбегающей ветвях на приводной барабан

Для понимания процесса составления уравнений для тягового расчета составим подробно несколько уравнений тягового элемента в характерных точках для расчетной схемы, представленной на рисунке 3.6. В примере принимается условие LГw > H.

Тяговое усилие (Н)

Параметры привода. Мощность электродвигателя (кВт)

Где к3 =1,1-1,2 - коэффициент запаса.

Электродвигатель выбирается по методике, описанной в проектировочном расчете.

Выбор редуктора проводится по крутящему моменту на приводном валу, передаточному отношению и режиму работы, также как и при проектировочном расчете.

Вращающий момент на приводном валу (Нм)

Параметры цепи. Типоразмер цепи выбирается также как и при проектировочном расчете, только Smax принимается из тягового расчета.

Поверка конвейера на пуск

При проверке электродвигателя на пуск необходимо определить сопротивление перемещению тягового элемента с коэффициентами сопротивления перемещению тягового элемента и груза по желобу

Где kп - коэффициент увеличения статических сопротивлений при пуске, принимается kп = 1,5.

Натяжения тягового элемента в характерных точках контура при пуске конвейера определяются методом обхода трассы по точкам, как уже рассмотрено в вышеприведенном примере.

Тяговое усилие при пуске

Где Sнб П и Sсб П - соответственно усилия при пуске в набегающей и сбегающей ветвях цепного контура.

Статический момент (Нм) при пуске, приведенный к валу двигателя.

Приведенная масса (кг) движущихся частей конвейера

Где kс = 0,5…0,7 - коэффициент, учитывающий уменьшение средней скорости вращающихся масс по сравнению со скоростью v;у = 0,85…0,95 - коэффициент, учитывающий упругое удлинение цепей;- сила тяжести (Н) вращающих частей конвейера (без привода), ориентировочно Gv можно определить по формуле

Масса вращающихся частей звездочек

Где nзв - число звездочек по контуру трассы конвейера;зв - толщина зуба звездочки (в расчетах можно принять равной внутренней ширине цепи bвн);

с - плотность материала звездочки (для стали с = 7,8 т/м3).

Момент инерции движущихся частей конвейера

Где Jp - момент инерция ротора, кг?м2;м - момент инерции муфты, кг?м2;

д = 1,15 - коэффициент, учитывающий момент инерции деталей привода, вращающихся медленнее, чем вал двигателя;

Средний пусковой момент (Нм)

Время пуска (с) конвейера

Где щ - угловая скорость ротора электродвигателя, с-1.

Угловое ускорение вала ЭДВ

Динамическое усилие (Н) при пуске

Максимальное усилие в цепи при пуске привода

Параметры натяжного устройства

На скребковых конвейеров с трассой простой конфигурации размещают винтовые натяжные устройства схема которого представлена на рисунке. На тяжелых и длинных цепных целесообразно устанавливать пружинно-винтовые устройства, которые благодаря упругости пружины являются более рациональными, чем жесткие винтовые устройства.

Схема винтового натяжного устройства

Скребковые конвейеры, у которых удлинение цепи может быть незначительным, ход натяжного устройства должен быть на 50-100 мм больше длины половины секции цепи, чтобы можно было при большом износе уменьшить длину цепи на одну секцию (секцией цепи называют два парных звена с прямыми пластинами или одно изогнутое звено).

Натяжное устройство обычно размещают на одном из поворотных устройств (звездочке), расположенном на участке малого натяжения тягового элемента. Звездочку устанавливают не в крайнем переднем положении натяжного устройства, а отступив от него на некоторую величину х0, обеспечивающую возможность стыкования тягового элемента.

Натяжное усилие РН, необходимое для перемещения подвижного поворотного устройства с тяговым элементом, зависит от расположения натяжного устройства и привода на трассе конвейера. В общем случае оно составляет сумму натяжений набегающей S1 на поворотное устройство и сбегающей S2 с него ветвей тягового элемента и усилия Т перемещения ползунов или натяжной тележки:

Как видно из формулы, чем больше S1 и S2, тем больше натяжное усилие. Следовательно, для уменьшения Рн необходимо устанавливать натяжное устройство на участке с малыми натяжениями S1 и S2.

Усилие (Н), прилагаемое к рукоятке (или ключу) для вращения винта винтового натяжного устройства

Где kВ.Т - коэффициент распределения усилия между натяжными винтами (при одном натяжном винте или при двух винтах, соединенных цепной передачей и вращающихся одновременно от одного из винтов, kв.т = 1; при двух винтах и поочередном вращении каждого винта с учетом возможного перекоса kв.т = 0,6 ÷0,7);- средний диаметр резьбы винта (d1 = 20 мм);- длина рукоятки или ключа;

вВ - угол подъема винтовой линии (обычно в = 4÷6°);

jТ - приведенный угол трения (обычно jТ = 6°);

м - коэффициент трения в торце упорной поверхности гайки или головки винта (обычно м = 0,25);- средний диаметр опорной поверхности гайки или головки винта; обычно d2 = (1,4÷l,5)d1.

Ход натяжного устройства, как упоминалось выше, принимают с условием удаления секции цепи при большом износе последней

Заключение

Задача уплотнения заключается в перемещении частиц грунта, сближении их и уменьшении расстояний между ними, что достигается укаткой, трамбовкой, вибрированием и воздействием воды. Лучше всего уплотняются связные грунты - глины и суглинки, хуже - пески, особенно однородные.

Уплотнению способствует влажность грунта и, если естественная влажность мала, грунт поливают в насыпи или увлажняют в выемке. Для нормального уплотнения требуется, чтобы влажность грунта была оптимальной. Установлена следующая оптимальная влажность для некоторых грунтов: для песчаных 8-12, супесчаных 9-14, суглинистых 12-20, пылеватых 16-22, глинистых 20-25%.

Для уплотнения грунтов применяют: 1) катки прицепные и моторные, уплотняющие грунт собственным весом; 2) машины ударного действия; 3) машины вибрационного действия. К первой группе относятся дорожные прицепные и самоходные катки с барабанами: гладкими, ребристыми и кулачковым. Катки бывают легкие - весом до 5 т, средние - до 8 т и тяжелые от 10 до 30 т. Легкие катки уплотняют грунт до толщины слоя 20-25 см, тяжелые - до 40-50 см. Увеличение веса катка достигается с помощью балласта, погружаемого в процессе работы в каток. Кулачковые катки применяют при суглинистых и глинистых, а гладкие - при сыпучих грунтах.

Для уплотнения грунтов способом трамбования используют самоходные трамбовочные машины, передвигающиеся на гусеничном ходу и снабженные молотками или плитами. Толщина трамбуемого такими машинами слоя составляет от 50 до 100 см.

Наиболее эффективное средство уплотнения грунтов - вибротрамбующие машины. Под влиянием колебаний, сообщаемых машиной грунту, части его приходят в движение и более мелкие заполняют промежутки между крупными, уплотняя грунт. Рабочие органы вибрационных машин, совершая колебательные движения, вводят в состояние колебаний уплотняемые объемы грунта. Ввиду того что массы частиц неодинаковы, возникают различные силы их инерции. В результате разности сил инерции в местах контактов частиц появляются напряжения сдвига. После превышения этих пределов возникают взаимоперемещения частиц, приводящие к уплотнению грунта. Напряжения сдвига пропорциональны инерционным силам, поэтому их величина зависит также и от ускорений, которые развиваются от колебательных движений.

При устройстве различных земляных сооружений часто возникает необходимость уплотнения грунта, что предотвращает осадки и сдвиговые деформации сооружения. В гидротехнических земляных сооружениях уплотнение является также эффективным средством снижения фильтрации воды. В зависимости от прочности связей между минеральными частицами грунты подразделяют на связные и несвязные. Прочность связей определяется содержанием влаги в грунте.

Плотность грунта оценивается степенью его уплотнения, которая характеризуется отношением практически полученной в сооружении плотности скелета грунта 5пр при данной его влажности к стандартной плотности 5СТ, полученной в лабораторных условиях в приборе стандартного уплотнения СоюздорНИИ по ГОСТ и выражается в процентах: е = 8пр/8ст.

Введение Одна из важнейших операций на строительстве любого земляного сооружения - уплотнение. От качества производства этой операции зависят не только п

Больше работ по теме: