способ снижения водопроницаемости глинистых грунтов при возведении насыпей

Формула изобретения

Способ снижения водопроницаемости глинистых грунтов при возведении насыпей, включающий измерение естественной влажности грунта, построение зависимости плотности грунта _d от его влажности W после экспериментального уплотнения, выявление оптимальной влажности, изменение величины экспериментального уплотнения при построении _d=f(W) до достижения величины оптимальной влажности, равной естественной, отсыпку слоев грунта и его уплотнение с интенсивностью уплотняющего воздействия, соответствующего величине экспериментального уплотнения при построении зависимости плотности от влажности грунта, отличающийся тем, что величину экспериментального уплотнения изменяют как в сторону ее увеличения, так и в сторону ее уменьшения, и по результатам уплотнения на графике _d=f(W) выделяют область значений контрольных параметров плотности _d и влажности W, при которых производят укладку грунта в насыпь, при этом верхней границей указанной области является кривая полного водонасыщения пор грунта (S _r), а нижней границей - кривая водонасыщения S _r=0,9, проходящая через точки, ординаты которых соответствуют максимальной плотности сухого грунта, а абсциссы - оптимальной влажности для различной величины уплотняющего воздействия на грунт.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, в частности к проблеме снижения водопроницаемости насыпей из глинистых грунтов, которые с механическим уплотнением укладываются в сооружение.

Известен способ снижения водопроницаемости глинистых грунтов, включающий экспериментальное определение оптимальной влажности W_o и послойное уплотнение грунта при влажности, равной или выше оптимальной. См. учебник «Строительство улиц и городских дорог», ч.1 «Сооружение земляного полотна»/Под ред. А.Я.Тулаева, М., Стройиздат, 1987, с.301-310.

Недостаток такого способа заключается в сложности его применения на строительстве для глинистых грунтов, естественная влажность которых W _e изменяется в широком диапазоне, т.е. W _o<W_e<W_o . Возникает необходимость доувлажнения части грунта. К недостаткам относится и то, что экспериментальное определение оптимальной влажности в разных странах производится разными ведомствами по-разному и часто приводит к несопоставимым результатам, что затрудняет использование вышеописанного способа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ снижения водопроницаемости глинистых грунтов, включающий измерение естественной влажности грунта W_e, построение зависимости плотности грунта _d от его влажности W после экспериментального уплотнения, выявление оптимальной влажности W _o, изменение величины экспериментального уплотнения при построении зависимости _d=f(W) в сторону ее увеличения до достижения оптимальной влажности, равной естественной, отсыпку слоев грунта и его уплотнение с интенсивностью уплотняющего воздействия, соответствующего величине экспериментального уплотнения при построении зависимости плотности от влажности грунта. См. патент РФ №1760012 А1, Е02D 3/026, Борткевич С.В., Варданян С.Т. Способ снижения водопроницаемости глинистых грунтов.

Недостатком этого способа является то, что он пригоден только для глинистых грунтов, естественная влажность которых W_e ниже оптимальной W_o. Глинистые грунты, естественная влажность которых выше оптимальной, при этом не могут быть использованы на строительстве.

В основу изобретения поставлена задача снижения путем уплотнения водопроницаемости глинистых грунтов, естественная влажность которых изменяется в широком диапазоне, т.е. W_o<W_e<W _o.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе снижения водопроницаемости глинистых грунтов, включающем измерение естественной влажности грунта W_e , построение зависимости плотности грунта _d от его влажности W после экспериментального уплотнения, выявление оптимальной влажности W _o, изменение величины экспериментального уплотнения при построении зависимости _d=f(W) до достижения величины оптимальной влажности, равной естественной, отсыпку слоев грунта и его уплотнение с интенсивностью уплотняющего воздействия, соответствующего величине экспериментального уплотнения при построении зависимости плотности от влажности грунта, изменяют величину экспериментального уплотнения как в сторону ее увеличения, так и в сторону ее уменьшения и по результатам уплотнения на графике _d=f(W) выделяют область значений контрольных параметров плотности-влажности, при которых производят укладку грунта в насыпь, верхней границей указанной области является кривая полного водонасыщения пор грунта (S_r ), а нижней границей кривая водонасыщения S_r =0,9, проходящая через точки, ординаты которых соответствуют максимальной плотности сухого грунта, а абсциссы - оптимальной влажности для различной величины уплотняющего воздействия на грунт.

Между совокупностью отличительных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом существует следующая система причинно-следственных связей.

Изменение величины экспериментального уплотнения грунта как в сторону ее увеличения, так и в сторону ее уменьшения дает ряд значений оптимальной влажности вместо одного, получаемого в известных способах, и поэтому позволяет выделить область значений контрольных параметров плотности-влажности, соответствующих значениям естественной влажности, при которых производят укладку грунта в насыпь, изменяя в соответствии с естественной влажностью интенсивность уплотняющего воздействия на грунт, чем достигается равномерное снижение водопроницаемости глинистого грунта при возведении насыпи.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены кривые экспериментального уплотнения глинистых грунтов, предназначенных к укладке в противофильтрационный экран верхнего водоема Днестровской ГАЭС, полученные при изменении величины уплотняющего воздействия. Здесь же указаны результаты определения коэффициента фильтрации К_ф грунтов различной влажности, уплотненных в лаборатории и в производственных условиях на опытной насыпи. Испытываемые грунты после уплотнения практически водонепроницаемы:

К_ф=6·10 ^-9÷1,7·10^-10см/с.

Средняя кривая (1) экспериментального уплотнения получена при определении оптимальной влажности W_o уплотняющим воздействием на грунт Калифорнийским методом, США, в котором энергия уплотнения составляет 17·10⁵ Нм/м³.

В связи с тем, что на строительстве имеются глинистые грунты, естественная влажность которых значительно ниже и выше полученного значения оптимальной влажности W _o, было выполнено экспериментальное уплотнение с увеличенным и с уменьшенным уплотняющим воздействием путем изменения количества ударов по грунту и массы трамбовки. По результатам работ построены кривые (2) и (3). Кривая (2) - экспериментальное уплотнение модифицированным методом AASHO, США, с энергией уплотнения 27·10 ⁵ Нм/м³. Кривая (3) - экспериментальное уплотнение стандартным методом AASHO, США, в котором энергия уплотнения составляет 5,9·10⁵ Нм/м ³.

Оптимальная влажность W_o по кривой (2) соответствует наименьшей естественной влажности грунтов, а оптимальная влажность W_o по кривой (3) соответствует наибольшей естественной влажности грунтов в месторождениях, имеющихся на строительстве.

По результатам экспериментального уплотнения на графике _d=f(W) выделяют область значений плотности-влажности (4), обеспечивающих получение диспергационной структуры и, соответственно, наименьшей водопроницаемости грунта. Укладку грунта в насыпь производят при контрольных значениях плотности и влажности, которые обязательно должны входить в выделенную область (4).

Верхней границей этой области является кривая полного водонасыщения пор грунта S_r=1,0, а нижней границей - кривая водонасыщения S_r =0,9, проходящая через точки, ординаты которых соответствуют максимальной плотности сухого грунта, а абсциссы - оптимальной влажности для различной величины уплотняющего воздействия на грунт (по кривым 1, 2, 3).

Экстремальные значения плотности _d ^ext и влажности W^ext глинистых грунтов в области контрольных параметров устанавливают опытно-производственными исследованиями по уплотняющей способности (для грунтов наименьшей влажности) и по проходимости (для грунтов наибольшей влажности) механизмов, применяемых на строительстве.

Предлагаемый способ снижения водопроницаемости глинистых грунтов при возведении насыпей позволяет снизить водопроницаемость насыпей на один-два порядка (в 10-100 раз) по сравнению с насыпями, возводимыми обычным способом, т.е. с уплотнением глинистых грунтов при влажности W, которая должна быть в пределах AW_o W<BW_o, где коэффициенты А и В принимают по таблице 6 СНиП 3.02.01-87 «Земляные сооружения, основания и фундаменты» Госстрой СССР. М., 1989 г., стр.17, а также уменьшить трудозатраты на кондиционирование грунтов по влажности.

Способ позволяет исключить необходимость применения в насыпях противофильтрационных устройств в виде водонепроницаемых пленок, геомембран, шпунтов и т.п.

Этот способ предполагается использовать на строительстве Днестровской ГАЭС для возведения защитного экрана из глинистых грунтов переменной влажности различного генезиса.