Одно из основных условий, обеспечивающих высокое качество сооружаемой насыпи,— уплотнение уложенного грунта в процессе ее возведения до проектной плотности. Искусственное уплотнение грунтов обеспечивает их большую неизменяемость во времени, проч­ность и устойчивость земляного полотна, что необходимо для нор­мальной эксплуатации железнодорожного пути.

При уплотнении частицы грунта располагаются более плотно, в результате чего увеличивается связность грунтов и, следователь­но, их сопротивление сжимающим и сдвигающим усилиям. Кроме того, уплотненные грунты меньше увлажняются и размокают, а при замерзании менее пучатся. При хорошем уплотнении обеспечива­ются минимальные осадки насыпей и снижаются эксплуатационные расходы на содержание пути.

Уплотнение грунтов достигается укаткой, трамбованием и виб­рацией. В железнодорожном строительстве для укатки широко при­меняют прицепные и полуприцепные катки на пневматических ши­нах. Кулачковые катки в транспортном строительстве не приме­няют, так как они не обеспечивают уплотнения увлажненных глинистых грунтов, сланцевых глин и песчаных грунтов.

Эффективность уплотнения зависит от вида и влажности грун­та, толщины уплотняемого слоя, режима работы грунтоуплотняю­щих машин и погодных условий. Наибольший эффект достигается при уплотнении грунтов с оптимальной влажностью, поэтому в дождливый период года отсыпанный грунт необходимо сразу разравнивать и уплотнять, придавая поверхности слоя уклон 0,01—0,02 в сторону откосов насыпи.

При интенсивных дождях возведение насыпей из глинистых грунтов необходимо прекращать; с возобновлением работ сильно переувлажненные грунты следует удалять с насыпи. В жаркое время отсыпать и уплотнять грунт следует быстро, не допуская его пересыхания. Слабовлажные грунты увлажняют водополивочными машинами, которые входят в состав механизированных колонн.

Количество воды, требуемое для увлажнения 1 м² слоя грунта:

Q = γ_ск = (W_опт — W_п + W_потери)/100 * h,

где γ_ск — требуемая плотность, т/м³;

W_опт — оптимальная влажность грунта, %;

W_п — естественная влажность грунта в карьере или резер­ве, %;

W_потери — потери влаги при разработке, транспортировании и укладке, %;

h — толщина увлажняемого слоя после уплотнения, м.

Лёссовидные грунты и лёссы лучше увлажнять в карьере или резерве; уплотнять отсыпаемый слой следует после того, как влаж­ность грунта станет равномерной, но не ранее чем через смену. В засушливых районах (при годовых осадках менее 300 мм) зем­ляные работы лучше производить зимой и весной.

Толщина отсыпаемого слоя при возведении насыпи, а также не­обходимое количество проходов машин при уплотнении грунта с оптимальной влажностью до норм плотности 0,90—0,95 и 0,98утах уплотняющими машинами приводятся в табл. 13.

Пневмокатки массой 25—30 т (рис. 40) предназначены для уп­лотнения талых песчаных и глинистых грунтов. Давление в шинах при уплотнении глин и суглинков должно быть равно 58,8—78,4 Па (6—8 кгс/см²); для супесей — 3—4; для песков — 19,6 Па (2 кгс/см²) в соответствии с характеристиками этих грунтов. Для уплотнения несвязных (песчаных) грунтов массу катка снижают за счет уменьшения пригруза на 35—40%, что позволяет уменьшить износ ма­шины.

Решетчатые катки (рис. 41) целесообразны для уплотнения песчаных грунтов, сильно выветрелых скальных и крупнообломоч­ных, а также для грунтов с включением мерзлых комьев при ра­ботах зимой. При уплотнении песчаных и супесчаных грунтов ре­шетчатый каток разгружают до 196 кН (20 тс).

Виброкатками массой 6—12 т уплотняют песчаные грунты; катки перемещают тракторами мощностью 75—100 л. с.

Грунтоуплотняющие машины виброударного действия предназ­начены для уплотнения всех видов грунтов летом и зимой и при ограниченном фронте работ в стесненных условиях — при уплотне­нии конусов мостов и засыпке у водопропускных труб.

Если установлено, что грунт недостаточно уплотнен, а также если в насыпях имеются легковыветривающиеся скаль­ные грунты (аргиллиты, алевролиты и др.) при значительном (бо­лее 10%) отклонении влажности от оптимальной и при отсыпке зимой, то для уточнения режима работы уплотняющих машин про­изводят пробное уплотнение грунтов. Для этого на подготовленное основание отсыпают слой грунта 10×5 м; толщина рыхлого слоя должна быть на 20—25% больше указанной в табл. 13.

Плотность грунта и толщину слоя проверяют после 3, 5 и 8 про­ходов катка по одному следу для всех рабочих скоростей машин ударного действия. Для взятия проб грунта отрывают пять шурфов в одном сечении или шахматном порядке. В каждом шурфе берут по одной пробе с трех горизонтов: на поверхности, в средней и ниж­ней частях слоя. Плотность грунта определяют в полевой лабора­тории по каждому горизонту как среднюю из проб, взятых в пяти шурфах. Проб с отклонением от среднего значения больше чем на 0,04 г/см³ должно быть не более 10%.

Результаты пробного уп­лотнения оформляют в виде графика (рис. 42), по которому определяют наибольшую допу­стимую толщину уплотняемого слоя и необходимое число про­ходов грунтоуплотняющих ма­шин по одному следу или ско­рость перемещения. Опреде­лив эти показатели, уточняют технологию отсыпки и уплотне­ния насыпи.

Текущий контроль качества уплотнения насыпей осущест­вляют лаборант механизированной колонны и строительный мас­тер. Контроль включает проверку соблюдения установленной на основе результатов пробного уплотнения технологии работ, факти­ческой плотности и влажности грунтов земляного полотна в про­цессе его сооружения. Пробы берут из каждых 300 м³ уложенного в насыпь грунта через 1 м по высоте в средней части слоя.

При высоте насыпи более 4 м в зависимости от ее ширины бе­рут 2—4 пробы на пикет из каждого уплотненного слоя. Образцы грунта отбирают из шурфов, закладываемых в уплотненном слое на глубину 0,2—0,4 м. Если установлено, что грунт недостаточно уплотнен, то принятую толщину уплотняемого слоя уменьшают, увлажняют пересушенные грунты или увеличивают число проходов- катка по одному следу.

Уплотнение грунтоуплотняющими машинами во избежание «сползания» их на откос следует начинать не ближе 1,5 м от бровки с постепенным приближением к откосу при каждом последующем проходе вплоть до 0,5 м от бровки. После прикатки бровочных час­тей уплотнение в дальнейшем ведется от краев к середине насыпи (рис. 43). При уплотнении по кольцевой схеме машина поворачи­вается в конце участка на насыпи, если ширина ее для пневмокат­ков будет не менее 12 м, для УМТС-2 — не менее 7 м, для виброударной машины — 5,5 м. Если ширина насыпи меньше указанных размеров, то уплотняющие машины должны поворачиваться на спе­циальных разъездах и нулевых местах.

Грунт вокруг водопропускных труб и в других стесненных усло­виях послойно уплотняют грунтоуплотняющей машиной виброударного действия на базе тракторов мощностью 75 л. с., а при отсут­ствии такой машины — самоходным пневмокатком. Во избежание сдвига трубы с проектной оси грунт следует укладывать одновре­менно с обеих сторон трубы на одинаковую высоту. Чтобы повы­сить эффективность уплотнения грунта, прилегающего к нижним четвертям труб, допускается отсыпка наклонных слоев (до 18°) вдоль оси насыпи. Коэффициент уплотнения грунта засыпанных труб после уплотнения должен быть не ниже 0,95.

Грунт уплотняют проходами вдоль оси трубы (рис. 44). При этом приближение уплотняющего органа к железобетонной трубе допускается не более чем на 0,2 м, к металлической гофрирован­ной— 0,3 м (чтобы избежать перегрузки конструкции трубы и не нанести ей механических повреждений ходовыми частями). Каждые 4—5 проходов трактор виброударной машины делает по одно­му следу, возвращаясь в исходное положение задним ходом. После каждого прохода уплотняющий орган сдвигается вбок на ширину плиты за вычетом величины пере­крытия следов смежных прохо­дов. После серии проходов по од­ному следу машина задним ходом подается в новое положение и процесс повторяется.

Выше горизонтального диа­метра трубы грунтоуплотняющие машины работают вне контура, равного по ширине диаметру тру­бы, чтобы не раздавить ее при уплотнении. Над железобетонной трубой первый проход машины вдоль насыпи выполняется при толщине засыпки не менее 0,6 м (для гофрированной — 0,8 м). Ез­да транспортных средств поверх трубы разрешается при толщине засыпки над ее верхом не менее 1 м, а проход бульдозера при за­сыпке— не менее 0,5 м. При уст­ройстве насыпи из скального грунта с камнями размером более 100 мм водопропускная труба должна быть предварительно об­сыпана слоем мягкого грунта тол­щиной не менее 0,5 м над верхом и 0,5 м сбоку, чтобы скальный грунт не повредил гидроизоляцию ее элементов.

Большинство существующих грунтоуплотняющих машин не мо­жет приближаться к откосу ближе 0,5 м, поэтому откосная часть насыпи остается в значительной степени неуплотненной. Толщина неуплотненной части откоса зависит от толщины слоев, которыми отсыпается насыпь, расстояния приближения грунтоуплотняющей машины к откосу и крутизны откоса.

У прицепного пневмокатка и грунтоуплотняющей машины виброударного действия на тракторах мощностью 75 и 100—130 л. с. ра­бочие органы могут перемещаться непосредственно по бровочной части отсыпаемого слоя. Эти машины при возведении насыпи слоя­ми толщиной не более 0,25 м уплотняют ее по всему поперечному сечению, включая бровочную часть, с оставлением на откосе слоя рыхлого грунта толщиной 0,2 м.

Уплотнение грунта начинают от бровок и ведут к середине на­сыпи. Слой отсыпают с учетом последующего выпора грунта в сто­рону откоса, величину которого устанавливают пробным уплотне­нием (ориентировочно 0,2—0,3 м). Движение машин организуют по кольцевой схеме, а на узких захватках — по челночной.

Если насыпь уплотняют обычными пневмокатками, то для того, чтобы уплотнить откосы, временно уширяют насыпи на 0,5 м с каж­дой стороны, а затем срезают до проектной величины.

Способом временного уширения уплотняют насыпи, возводимые из резервов драглайнами или бульдозерами (когда отсыпка тонки­ми слоями снижает производительность землеройных машин), а также насыпи из тяжелых суглинков и глин, образующих при раз­работке крупные комья. Комья, попавшие на бровку, сбрасываются идущим по бровке рабочим органом бульдозера на откос, где они образуют неровный рыхлый слой. Однако во всех случаях грунто­уплотняющие машины, приближающиеся к бровке, выгоднее по сравнению с обычными, так как позволяют сократить объем грунта, который необходимо в дальнейшем срезать с откоса.

Неуплотненный грунт с откоса срезают драглайнами и уклады­вают в верхнюю часть насыпи или грузят в самосвалы. На насыпях .высотой до 3,5 м, возводимых из резервов или карьеров и выемок при дальности перемещения до 0,5 км, его срезают автогрейдера­ми и сбрасывают на берму. Перед срезкой грунта с откоса плани­руют верх насыпи, отмечая кольями через 20 м линию бровки, а у основания насыпи бульдозером убирают грунт до проектной линии заложения откоса.

Срезку неуплотненного грунта автогрейдером начинают с верх­ней стоянки с одного откоса, затем с другого. После этого отвал автогрейдера устанавливают в положение для работы с нижней стоянки и за несколько проходок сбрасывают оставшийся на от­косе грунт на берму. Перед каждой проходкой ведущей машины вторым автогрейдером планируют берму.

Конусы и участки насыпи, примыкающие к устоям мостов, от­сыпают песчаными или песчано-гравелистыми грунтами горизон­тальными слоями. Грунт в таких местах рекомендуется уплотнять впброударной машиной для узких мест. Грунт конусов уплотняют послойно от бровки откоса продольными проходами вокруг устоя.

Вопросы для самопроверки

1. Чем руководствуются при выборе средств механизации сооружения земляного полотна?
2. Какова технология работ сооружения земляного полотна скреперами, бульдозерами и грейдер-элеваторами?
3. Как сооружается земляное полотно автоэкскаваторным комплектом?
4. Когда применяется поездная возка грунта при сооружении земляного полотна?
5. Какие существуют рациональные схемы возведения земляного полотна драглайнами?
6. Как производится уплотнение грунтов насыпей и как контролируют в полевых условиях плотность грунтов?
7. Как уплотняют насыпи в стесненных условиях?