Виброплиты - техника для уплотнения грунта

Одна из важнейших операций на строительстве любого земляного сооружения – уплотнение грунта. Цель уплотнения – получение плотной и прочной структуры  грунта, устойчивой к будущим нагрузкам и к воздействиям природных климатических факторов. Сущность уплотнения заключается в обеспечении перемещения отдельных частиц внутри грунта и такого их перераспределения в положении, которое образует более компактную, устойчивую структуру против внешних воздействий. От качества выполнения его во многом зависит устойчивость и продолжительность службы устроенных на грунтовых основаниях таких инженерных сооружений, как автомобильные и железнодорожные дороги, плотины, дамбы и т.п. Перемещение частиц может быть обеспечено различными воздействиями: силовыми, динамическими, вибрационными и др. И, в зависимости от свойств грунта, эти воздействия имеют разный эффект.

Применяются различные способы и методы уплотнения грунта, зависящие от состава и свойств грунта. Так в частности для несвязных и малосвязных грунтов используются разного вида трамбовочные и вибромашины. Уплотняющее усилие в виброплитах создается вращением эксцентрика – дебаланса, величина которого подбирается в зависимости от массы плиты. Плиты весом до 100 кг как правило однобалансные, плиты большей массы – двубалансные и более. 

При эксплуатации вибрационных плит весьма важно правильно выбрать скорости их передвижения, необходимое число проходов, а также возможность их передвижения по уплотняемой поверхности. Скорости движения и необходимое число проходов по данным Хархуты Н.Я. – основного специалиста по теории подготовки строительных грунтов – взаимосвязаны, так как для достижения требуемой плотности грунт должен подвергаться вибрированию определенное время, которое зависит от вида и состояния грунта, а также от параметров вибрационной плиты. Необходимую продолжительность вибрирования tвиб можно определить по формуле:

tвиб=c/f

                                                                                                                               

где с - требуемое число циклов нагружений (или сколько раз плита должна удариться своим весом о поверхность грунта, чтобы достичь требуемого результата уплотнения);

f - частота колебаний виброплиты, 1/мин.

Число проходов виброплиты по одному следу n можно найти из выражения:

n=v*tвиб/В

                                                                                                                              

где v - скорость перемещения виброплиты;

В – размер опорной плиты вибромашины в направлении ее перемещения.

Опыт эксплуатации виброплит согласно исследованиям Хархуты Н.Я. показывает, что число проходов виброплиты не должно быть меньше двух но и не более трех, т.к. вследствие образования призмы волочения на поверхности грунта образуются неровности, имеющие волнообразный характер, эти неровности увеличиваются при последующих проходах плиты. Один же проход независимо от интенсивности воздействия плиты на грунт не может выбрать всю возможную деформацию грунта, что достигается вторым или третьим проходом.

Также экспериментально установлено, что для виброплит с правильно подобранной массой и относительной возмущающей силой  число приложенной нагрузки (с), необходимое для доведения грунта до требуемой плотности должно быть в пределах 1500…5000 в одно место. Таким образом качество подготовки грунта зависит от количества ударов в одно место, а объем уплотняемого слоя – от массы вибромашины и площади ее основания. 

Расчет показывает, что при числе нагрузок равном 5400 в минуту (частота вибровозбудителя 90 Гц) и минимальном количестве требуемых ударных нагрузок 1500 скорость для трех проходов с длиной основания виброплиты 0,5 м должна быть в пределах 5,4 м/мин. При скорости 15 м/мин каждый участок грунта получает примерно 180 ударов и требуется уже 8,5 проходов, что приведет к ухудшению качества поверхности. 

Таким образом, можно утверждать, что скоростные качества виброплит не являются одним из определяющих факторов для их выбора.  Можно также утверждать, что заявленные изготовителями, в том числе и европейскими, скорости перемещения вибромашин не соответствуют полученным при испытании на несвязных грунтах и не являются наилучшими для оптимального соотношения стоимости работ и качества уплотнения грунта. Так при испытании виброплит PC-2248H компании GROST и  Atlas Copco LF 100 LAT на рыхлом сухом песке показали скорость примерно одинаковую – в пределах 16 м/мин при скорости, указанной в паспорте Atlas Copco LF 100 LAT  25 м/мин. 

Следует также учитывать, что количество ударов плиты может не совпадать с числом колебаний (оборотов дебаланса), т. к. практически все малые и средние виброплиты обладают ударным характером колебаний. А это значит, что количество ударов, уплотняющих грунт, уменьшается в два и более раз в единицу времени при неизменной скорости. Установлено также, что увеличение скорости движения плит от 15 до 30 м/мин ведет к уменьшению амплитуды колебания грунта на 15…20%, и соответственно уменьшается и глубина проработки грунта. Так, если при оптимальной скорости легкой виброплиты 8-10 м/мин толщина качественно уплотненного грунта находится в пределах 0,15 – 0,2 м, то при увеличении скорости до 30 м/мин глубина проработки не превысит 0,1 м. 

Теория подготовки грунтов под строительство основательно проработана еще в середине прошлого века и с тех пор существенно ничего нового в этой области добавлено не было, и установленные оптимальные скорости передвижения самоходных виброплит – легких 6-12 м/мин и тяжелых 15-20 м/мин. – актуальны и сейчас. А, следовательно, тенденция демонстрировать улучшение потребительских свойств виброплит увеличением их скорости – чуть ли не до тридцати метров в минуту – по нашему мнению сомнительна и нами предполагается проведение ряда работ по определению качества уплотнения в зависимости от скорости, т.к. экспериментальных данных такого рода нам найти не удалось.