Понимание причин и способов уплотнения грунта может помочь вам сделать эффективный выбор оборудования.
Когда вы смотрите на самоходные уплотнители в своем автопарке, скорее всего, вы не думаете о них как о точных научных инструментах. Тем не менее, уплотнение грунта - это наука, и она требует определенной степени точности. Понимание некоторых научных принципов, лежащих в ее основе, может помочь вам повысить эффективность на ваших рабочих площадках.
Что такое грязь?
Чтобы правильно выбрать оборудование для своей работы, вам нужно сначала кое-что понять о грунтах и о том, как они уплотняются. По словам Марка Конрарди, менеджера по продажам в Wacker Corp., грунт можно разделить на четыре основные группы: глина, ил, песок и гравий. "Наиболее важной характеристикой является размер частиц", - утверждает он.
Глины состоят из мельчайших частиц, которые обычно составляют менее 0,00024 дюйма, за которыми следуют илы, пески и гравий с частицами от 0,08 до 3 дюймов в диаметре. Все, что больше 3 дюймов, считается валуном.
"Глины и илы группируются как связные грунты на основе того факта, что [их частицы] будут иметь тенденцию к слоению из-за их небольшого размера. Силы, которые удерживают их вместе, имеют молекулярную природу ", - объясняет Конрарди. "Песок и гравий группируются в виде гранулированных грунтов, и силы, которые удерживают их вместе, являются фрикционными из-за их неровной и шероховатой текстуры поверхности".
Смешанные грунты содержат смесь как связных, так и гранулированных частиц.При смешанных грунтах анализ градации грунта может определить правильную классификацию и помочь в выборе машины, говорит Фрэнк Венцель, вице-президент по инжинирингу, оборудование для каменного строительства.
По словам Рона Макканнелла из Weber Maschinentechnik GmbH, гранулированные и смешанные грунты с содержанием связного грунта менее 10-15% легко уплотняются виброплитами и трамбовками. Но для достижения высокой плотности должна быть смесь частиц разного размера, которая может заполнить пустоты между крупными частицами. "Равномерно распределенные гранулированные грунты невозможно уплотнить", - отмечает он.
"Легче всего уплотнять грунты со сферическими и гладкими частицами", - продолжает он. "Грунты с нерегулярными частицами труднее уплотнять, но, с другой стороны, они обладают большей несущей способностью".
Способность уплотнять грунт частично зависит от распределения частиц. "Грунты с почти одинаковым размером частиц, такие как мелкий песок, называются однофракционными грунтами. Грунты с несколькими размерами частиц называются грунтами смешанной фракции ", - утверждает Макканнелл. "Однофракционные грунты трудно уплотнять, поскольку в них нет или очень мало мелких частиц, которые могут заполнить пустоты. Грунты со смешанной фракцией можно хорошо уплотнять, поскольку в них присутствуют более мелкие частицы, которые из-за вибрационного эффекта перемещаются в пустоты между более крупными частицами. Получается высокая плотность и, следовательно, более высокая несущая способность".
Правильный материал
Как только вы узнаете тип грунта, на котором будете работать, вы сможете определить, какое оборудование лучше всего подходит для условий.
"Тип уплотнителя, который будет наиболее эффективным, определяется силами сцепления, которые проявляют две группы грунта", - говорит Конрарди. "Связные грунты требуют определенного типа энергии удара для разрушения молекулярных связей и высвобождения воздуха и избыточной воды, которые могут задерживаться в почве".
По словам Венцеля, машины, которые могут наилучшим образом использовать эту энергию, - это трамбовки или катки с овчиной, которые обеспечивают как высокую отдачу, так и необходимую силу сдвига. "Сцепные грунты требуют большой амплитуды, больших ударных усилий для сжатия и формирования материала вместе", - объясняет он. "[Силы сдвига] достигаются за счет конструкции опорной пластины на трамбовке или выступающей массы катка. Элементы разминают и разбивают почву, позволяя силе удара выполнять свою работу ".
В случае гранулированных грунтов наиболее эффективными являются виброплиты и вибрационные катки с гладким барабаном. "В этих машинах используется вращающаяся несбалансированная масса, работающая с определенной частотой. Частоты соответствуют диапазонам собственных частот для гранулированных грунтов ", - указывает Венцель.
"Вибрационные импульсы, создаваемые машиной, проникают в почву и приводят в движение частицы", - добавляет Конрарди. "Это снимает трение там, где частицы вступают в контакт. А после того, как машина пройдет, гравитация приведет к тому, что частицы осядут в более плотном состоянии ".
Поскольку частицы в связных грунтах более плоские, между ними есть вода и воздух, для уплотнения им требуется низкочастотная энергия удара с высокой амплитудой, говорит Питер Прайс из Bomag Americas Inc. Трамбовки обеспечивают такую энергию, когда они подпрыгивают на почве, удаляя пустоты между частицами. В отличие от этого, плиты используют высокочастотную вибрацию для перемешивания частиц, чтобы они оседали под собственным весом.
До недавнего времени не было ни одной машины, которая могла бы делать все это, но ситуация меняется. "Подрядчики хотят, чтобы одна машина выполняла все работы", - говорит Прайс. Следовательно, Bomag разработала свою реверсивную пластину серии Dash 4, которая может уплотнять более широкий спектр материалов, таких как гранулированный грунт с некоторым содержанием когезии. "Вы не можете взять нашу плиту и использовать ее на глине, но вы можете использовать ее на естественной засыпке, которая представляет собой смесь связного и гранулированного".
Не переусердствуйте
Как и многое другое, уплотнение грунта - это область, в которой вы можете получить слишком много хорошего. Грунт может стать чрезмерно уплотненным, что грозит подорвать его несущую способность.
"Продолжительное уплотнение может привести к разрушению грунта и вызвать расслоение почвенных смесей", - говорит Фабиан Салинас из Dynapac. "Это приводит к слабости уплотняющих слоев оснований".
Конрарди соглашается, добавляя: "Почва может поглощать только определенное количество энергии в течение определенного периода времени. Если приложить слишком много энергии, грунт может смещаться и перемещаться, нарушая ранее выполненное уплотнение. Результатом может быть разрушение или дробление частиц почвы, так что состав почвы фактически меняется. Измененный материал на самом деле имеет меньшую плотность, потому что новые частицы меньше ".
Прайс говорит, что чрезмерное уплотнение происходит чаще, чем большинство людей понимают. Хорошее решение - обратить внимание на поведение машины во время работы и следовать рекомендациям производителя. "Если [трамбовка] скачет беспорядочно, уберите материал, потому что это означает, что энергия уходит в землю и возвращается из материала в машину", - советует он.
Венцель объясняет: "Во время уплотнения рыхлого наполнителя (грунта) энергия машины направляется и потребляется почвой. Как только частицы почвы будут плотно упакованы, эта энергия будет отражаться обратно к машине и оператору, а не расходоваться в почве ". Следовательно, наиболее практичным и очевидным признаком чрезмерного уплотнения является реакция используемой машины.
В качестве общего руководства эксперты советуют ограничить проходы по материалу до трех раз для трамбовки и четырех раз для плиты. Или, что еще лучше, просто установите машину на глубину укладываемого грунта. "Большинство производителей оценивают свои машины в зависимости от глубины грунта или подъема, он может уплотняться", - говорит Конрарди. "Эта оценка обычно относится к слою хорошо распределенного песчано-гравийного материала, который является обычной засыпкой для фундаментов, фундаментов и областей, где требуется более высокая плотность".
Он добавляет: "Как правило, возьмите максимальную глубину уплотнения и разделите ее на три. Если это число больше, чем укладываемый слой, возможно чрезмерное уплотнение ". Например, если у вас есть уплотнитель, рассчитанный на глубину 24 дюйма и 6 дюймов. при укладке слоя вы рискуете переуплотнить его с помощью этой машины.
Мониторинг плотности
Определение степени уплотнения грунтов в конкретном проекте и соответствие результатов требуемым спецификациям обычно входит в обязанности инженера-грунтовщика. Чтобы ускорить процесс тестирования, компания Weber представила систему Compatrol, первую систему непрерывного контроля уплотнения для реверсивных уплотнителей грунта.
Благодаря системе Compatrol оператор сразу же получает информацию о любой потенциальной проблеме, которая может возникнуть и повлиять на результаты, например, о чрезмерном уплотнении, недостаточном уплотнении или ситуациях, когда грунт не поддается уплотнению. Система основана на анализе полосы частот и состоит из дисплея и датчика ускорения. Технология измеряет увеличение и уменьшение ускорения опорной плиты уплотнителя грунта; сравнивает измеренные значения с зарегистрированными характеристиками грунта; и переводит результаты в "электрическое напряжение". Отображаемый результат уплотнения легко понять.
"До недавнего времени эти измерители уплотнения или устройства контроля уплотнения были доступны только на некоторых асфальтобетонных катках и некоторых вибрационных катках, используемых для уплотнения грунта на большой площади", - говорит Макканнелл. "Но сегодня они также доступны на реверсивных пластинах с ручным управлением, используемых в ограниченных пространствах, недоступных для больших катков".
При поддержке БСУ-37