Доставляемый на карту отсыпки грунт разравнивают бульдозерами или автогрейдерами до высоты заданного слоя. Для создания однородности отсыпаемого грунта применяют дисковые рыхлители и тракторные грабли, с помощью которых также удаляются сверхмерные камни. Операция по обеспечению однородности упрощается, если на погрузке неоднородного грунта работают экскаваторы с прямой лопатой, которые в забое снимают «стружку» с такого грунта при наполнении ковша. Поэтому расстановку и работу экскаваторов в карьере обычно организовывают так, чтобы обеспечивалось перемешивание грунта в забое.
Для обеспечения лучшей связности отсыпаемых слоев грунта между собой и их однородности по водонепроницаемости предусматривается рыхление уплотненного слоя перед отсыпкой последующего. С помощью легких рыхлителей или боронования закатанную и менее проницаемую поверхность уплотненного слоя отсыпки можно снять, особенно если неоднородный грунт доувлажняли на карте.
Большое разнообразие грунтов, используемых для отсыпки плотин, привело к созданию различных грунтоуплотняющих машин. Эти машины по принципу работы делят на катки; вибрационные катки и виброуплотнители; трамбовочные плиты и взрывные трамбовки.
Дорожные катки с гладкими вальцами применяют для уплотнения различных грунтов (кроме песчаных). Они более пригодны для уплотнения гравелистых и щебенистых грунтов, которые дополнительно измельчаются при укатке. Однако эти катки не обеспечивают однородности уплотнения укатываемого слоя по высоте: верхняя зона слоя уплотняется больше, чем нижняя.
Катки с пластинчатыми вальцами снабжены бандажами с укрепленными на них металлическими пластинами. Пластины, воздействуя на грунт, передают усилия от катка по вертикали. Отсутствие тангенциальных усилий позволяет избежать трещинообразования в грунте при укатке.
Катки с решетчатыми вальцами применяют обычно для уплотнения щебенистых или мелкозернистых грунтов, так как на контактах последних с решеткой получаются высокие давления.
Катки с рифлеными или ребристыми вальцами облегчают уплотнение грунта. Однако широкого применения они не получили, так как более совершенны кулачковые катки.
Кулачковые катки одно- или многовальцовые монтируются на одной или на нескольких шарнирно соединенных рамах. К бандажам катка крепятся кулачки. Такие катки различаются по диаметру, ширине и числу вальцов, массе, размерам и числу кулачков. Кулачковые катки уплотняют грунт снизу вверх, причем с каждым последующим проходом катка кулачки все меньше проникают в грунт в противоположность другим типам катков, которые уплотняют грунт с поверхности.
Кулачковые катки, как правило, прицепные. Они особенно пригодны для уплотнения связных грунтов с несколько пониженной влажностью, они также способствуют подсушиванию грунта и его измельчению. Эти катки совершенно непригодны для уплотнения грунта, отсыпаемого в условиях отрицательных температур и выпадающих дождей.
Трамбующие катки являются усовершенствованием кулачковых катков. Уплотнение грунтов достигается сжатием, перемешиванием и ударами конических трамбовок, смонтированных на ободе прицепного или самоходного катка, с давлением на грунт 0,7— 5,0 МПа в зависимости от их высоты. От кулачковых катков они отличаются формой трамбовок, которые позволяют интенсивно уплотнять грунт без его отрыва, более плавной работой на повышенных скоростях — до 10—12 км/ч.
Трамбующие катки характеризуются относительно высокой производительностью и более низкой стоимостью уплотнения связных грунтов, но они непригодны для уплотнения несвязных крупнозернистых грунтов.
Пневмоколесные катки бывают самоходными и прицепными. Они различаются по числу колес и массе: легкие катки на 9—13 колесах массой 12 т; средние на 4—11 колесах массой от 12 до 29 т; тяжелые на 4—7 колесах массой от 24 до 190 т. Для увеличения массы катки догружаются балластом. Последние модели катков имеют воздушный компрессор, что позволяет изменять давление в шинах во время хода катка. Изменением давления в шинах можно ускорить уплотнение грунта. Пневмоколесные катки получают все более широкое распространение: они являются очень эффективными для уплотнения как связных, так и несвязных песчано-гравелистых и галечно-валунных грунтов с непрерывистой гранулометрией.
Виброкатки уплотняют грунт вибрированием. Основными показателями катка являются частота вибраций, амплитуда колебаний и вертикальное смещение вибрационной массы. Виброкатки бывают легкими — самоходными и тяжелыми — прицепными. Предназначаются они для уплотнения несвязных песчано-гравелистых, галечно-валунных грунтов и камня.
Виброуплотнители, смонтированные на плите и передвигаемые трактором, применяются для уплотнения песчано-гравелистого и галечного грунтов, а тяжёлые вибраторы на кране — для уплотнения камня. Вертикальное вибрирование обеспечивается виброплощадкой от электродвигателя. Масса виброуплотнителя 2—3 т.
Рис. 10-2. Кулачковый (а) и пнсвмоколесный (б) прицепные катки.
Трамбовки — плиты размерами 0,8х0,8 и 1,0х1,0 м и массой 2—3 т, подвешенные к крану на высоте 1,5—2,0 м, применяются для уплотнения связного грунта. Такой трамбовкой можно производить от 10 до 12 ударов в минуту. После трамбования неровная поверхность укатывается катком.
В труднодоступных местах для уплотнения грунта применяются взрывные прыгающие трамбовки-лягушки. Такая трамбовка состоит из двух частей: нижней — основания и верхней — колокола, соединенных между собой стяжками. Трамбование грунта обеспечивается взрывом горючей смеси, воспламеняемой электроискрой. Взрыв сообщает трамбовке направленный вниз импульс, в результате чего трамбовка ударяется о грунт, поднимается вверх и снова ударяется о грунт с небольшим смещением вследствие наклона ее верхней колоколообразной части. Уплотнение грунта происходит под влиянием толчка при взрыве и падении трамбовки на грунт. Масса трамбовки 0,5—1,0 т, диаметр ее основания 0,7— 0,9 м, частота ударов 50 в минуту, передвижение за 1 цикл 0,10—0,12 м.
Существуют и более легкие пневматические трамбовки, работающие под действием сжатого воздуха.
В Советском Союзе выпускаются катки дорожные, кулачковые массой с балластом от 18 до 29 т, вибрационные массой от 3 до 12 т и пневмоколесные массой с балластом от 12,5 до 50 т (рис. 10-2). Последние позволяют уплотнять грунт на глубину 0,5—0,6 м. За рубежом наиболее широкое распространение нашли кулачковые, пневмоколесные и вибрационные катки. Каждый из этих катков имеет свои преимущества. Например, при укатке кулачковыми катками не требуется предварительного рыхления межслойных контактов. Грунты с повышенной влажностью при укатке ими могут подсыхать. При использовании же пневмоколесных катков влажность грунта до уплотнения должна быть близкой к оптимальной по проекту, поэтому кулачковые катки могут производить уплотнение грунта в более широком диапазоне его влажности, чем пневмоколесные. Пневмоколесные катки уплотняют грунт более толстыми слоями, чем кулачковые, что позволяет использовать более крупные фракции грунта. Пневмоколесные катки обеспечивают лучшее уплотнение контакта на сопряжении тела плотины с основанием и в местах примыкания ядра к бетонным сооружениям.
Вибрационные катки целесообразно применять для уплотнения несвязных грунтов. Наиболее пригодны для таких грунтов вибрационные катки с гладкими вальцами, хотя для этого также могут быть применены вибрационные пневмоколесные катки.
Уплотнение несвязных грунтов виброкатками более эффективно, чем статическими, при меньших массе, габаритах и стоимости. При этом они отличаются высокой мобильностью. В крупнообломочных грунтах, где действуют главным образом силы трения, вибрация преодолевает их и обеспечивает более плотную насыпь. Эффект виброуплотнения зависит от ряда факторов: вида грунта, влажности, характеристики катка и пр.
Тип катка и технология уплотнения грунта выбираются в каждом конкретном случае с учетом специфических условий работы (вида уплотняемого грунта и его геотехнических показателей, размера карты отсыпки и т. д.), определяемых обычно на основе результатов опытных работ. Часто для уплотнения грунта используют комплект уплотняющих машин. Например, на плотине Вако объемом 6900 тыс. м3 после разравнивания слой толщиной 0,15 м сначала уплотнялся дисковым катком, затем кулачковым и окончательно 50- тонным пневмоколесным катком.
