Уплотнение грунта в полевых условиях посредством укатки

Наиболее эффективным методом уплотнения огромных масс грунта в земляных насыпях является его укатка. Для уплотнения насыпей из глины обычно используют так называемые кулачковые катки. Общий вид одной из существующих моделей показан крупным планом на рис. 11.4. Их иногда называют трамбовочными катками. Стальной барабан этого катка имеет множество стальных кулачков, приваренных к его поверхности и имеющих форму, которая несколько напоминает ногу овцы, откуда произошло название катка. При транспортировке барабан бывает пустым, а на месте производства работ он заполняется песком и водой. Весь вес барабана одновременно передается только на несколько кулачков. Вследствие этого развивается так называемое «давление по следу» (удельное давление по площади контакта), которое оказывается достаточным, чтобы раздавить и уплотнить любые встреченные комья глины. Отдельные барабаны могут при этом подсоединяться друг к другу сбоку или гуськом и буксироваться совместно одним трактором на гусеничном ходу (рис. 11.5).

Первый из известных кулачковых катков был изготовлен в 1906 г. в Калифорнии. В 1920 г. этот тип катков получил широкое распространение в Соединенных Штатах. Согласно О. Дж. Портеру, современный легкий стандартный кулачковый каток имеет барабан диаметром 43 дюйма. Барабан в нагруженном состоянии при его длине 68 футов весит от 6000 до 15 000 фунтов и вызывает удельное давление на контакте с грунтом от 60 до 300 фунт/дюйм2. Несколько опытных гигантских кулачковых катков было построено с барабанами диаметром 96 дюймов; они создавали удельное давление на грунт от 400 до 1000 фунт/дюйм2 (т. е. до 72 т/фут2). Эти сверхтяжелые катки могут использоваться после предварительного уплотнения слоя более легкими катками.

Для уплотнения песчанистых грунтов с малым сцеплением лучшие результаты получаются при использовании катков на пневматических шинах (на рис. 11.6,а показана модель этого типа). Пневмокатки все чаще применяются на таких грунтах вместо кулачковых. В песчанистых грунтах отсутствуют комья, требующие для раздавливания высококонцентрированного давления. При этом условии, чтобы избежать опасности местного разрушения грунта от сдвига или разуплотнения при выпирании под действием отдельных кулачков, оказывается более целесообразным использовать катки с равномерным распределением давления по большей площади их контакта с грунтом. Катки с резиновыми шинами такого типа выпускались весом вплоть до 200 г (см. рис. 11.6,б). При их применении достигалось эффективное уплотнение грунта. Изменяя давление воздуха в шинах, можно регулировать площадь их следа (контакта с грунтом). Тяжелое оборудование с резиновыми шинами для транспортировки грунта также может оказать существенную помощь в отношении уплотнения насыпи при укладке в нее последовательных слоев грунта.

Толщина слоев, подвергающихся уплотнению, изменяется в пределах от 3 до 12 дюймов; наиболее часто используется толщина 6 дюймов. Число проходок катка, которое требуется для достижения определенной степени уплотнения, также не постоянно. Иногда бывает желательным при возведении ответственного сооружения производить предварительно укатку грунта на опытных участках, чтобы установить наиболее целесообразную толщину отсыпаемых слоев и cooтветствующее число проходок, которые и принимаются для последующего производства работ (рис. 11.7).

В период уплотнения грунта в полевых условиях большое значение имеет контроль за его влажностью. He случайно, что методы уплотнения грунта в связи с надлежащим контролем за его влажностью были разработаны в полузаеушливых районах западной части Соединенных Штатов. Сравнительно просто добавлять воду в укладываемый материал, но весьма трудно быстро подсушить грунт, когда он слишком влажен, например после выпадения осадков. В период затянувшихся дождей нельзя выполнять никакой укатки. Это является одной из причин возведения земляных плотин в районах с обильным выпадением осадков намывным (гидравлическим) способом вместо насыпного с уплотнением катками. Там, где необходимо уплотнение укаткой, например при устройстве оснований под автодороги и аэродромы, последовательность производства работ должна планироваться так, чтобы дождевая вода в любое время могла легко стекать с поверхности, где производится уплотнение грунта. При этом условии только небольшой слой грунта толщиной в несколько дюймов на такой поверхности будет размягчен после сильного дождя и может быть быстро удален бульдозером перед продолжением уплотнения.