способ глубинного уплотнения грунта

Формула изобретения

1. Способ глубинного уплотнения грунта, включающий вытрамбовывание скважиноподобного углубления в грунте, находящемся в пригруженном состоянии вокруг места вытрамбовывания, послойное заполнение углубления грунтом и воздействие ударами трамбовки на каждый слой этого грунта, отличающийся тем, что вытрамбовывание углубления, заполнение его грунтом и воздействие на этот грунт ударами трамбовки осуществляют в зимнее время после образования у поверхности грунта заданной толщины сезонно-мерзлого слоя, обеспечивающего пригружение расположенного под ним талого грунта, при этом перед вытрамбовыванием углубления в намеченном для этого в плане месте в сезонно-мерзлом слое выполняют отверстие, диаметр которого равен диаметру трамбовки или превышает его.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отверстие в сезонно-мерзлом слое грунта выполняют путем удара трамбовки по ослабленному в намеченном в плане месте сезонно-мерзлому слою.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздействие на грунт ударами осуществляют трамбовкой, имеющей вытянутую по высоте форму, при этом ее нижняя часть имеет форму округлую или усеченного конуса.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что заполнение углубления осуществляют дренирующим грунтом или грунтоподобным материалом.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что сезонно-мерзлый слой грунта ослабляют путем проходки скважины, диаметр которой превышает диаметр трамбовки, а глубина скважины - половину толщины сезонномерзлого слоя.

6. Способ по п.2, отличающийся тем, что сезонно-мерзлый слой грунта ослабляют путем проходки скважин, размещенных рассредоточенно по контуру круга, диаметр которого превышает диаметр трамбовки.

7. Способ по п.2, отличающийся тем, что сезонно-мерзлый слой грунта ослабляют путем выполнения в летнее время ямы и ее заполнения маловлажным зернистым материалом или влажной высококальциевой золой, взятой непосредственно из золоуловителя котельной установки.

8. Способ по п.2, отличающийся тем, что сезонно-мерзлый слой грунта ослабляют путем покрытия в летнее время намеченного в плане места теплоизоляционным материалом, который в зимнее время перед трамбованием убирают, а в сезонно-мерзлом слое отрывают приямок, в котором размещают заряд взрывчатого вещества и производят его взрывание одновременно с первым ударом трамбовки.

9. Способ по п.3, отличающийся тем, что, по меньшей мере, нижняя часть трамбовки выполнена из чугуна.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при уплотнении несвязных и малосвязных грунтов на большую глубину под застройку.

Известен способ глубинного уплотнения грунта путем воздействия на него в заранее намеченном в плане и по глубине месте ударными (импульсными) нагрузками, которые производят посредством взрывания зарядов взрывчатого вещества [1] или электрических разрядов, осуществляемых электроразрядной установкой [2 и 3]. Недостатком этого способа является неравномерность уплотнения грунта вплоть до образования выбросов грунта на его поверхность и провалов в его уплотняемом объеме.

Известен способ глубинного уплотнения грунта, по которому ударные нагрузки по заранее намеченным на поверхности грунта местам производят в летнее время тяжелой трамбовкой [4 и 5]. В этом способе грунт уплотняется так же неравномерно с образованием зон разуплотнения и выпора грунта вокруг места удара. При этом зоны разуплотнения наблюдаются между кратерами (местами ударов) на глубину 3-4 метра и на еще большей глубине под кратером в случае перекоса трамбовки [4, с.176-177, рис.4.21].

Известен способ, аналогичный описанному, в котором дополнительно грунт вокруг места удара трамбовки пригружают массивными бетонными плитами с образованием отверстия под трамбовку [6]. Недостатком этого способа является его недостаточная эффективность из-за того, что ограниченность веса плиты и возможного перекоса трамбовки при ударе предотвращение неравномерности уплотнения ограниченно. При этом перестановка плит с места на место усложняет работы.

Наиболее близким к заявляемому по совокупности существенных признаков принятый нами за прототип является способ глубинного уплотнения грунта, включающий пробивку скважины, послойное ее заполнение местным грунтом и уплотнение каждого слоя посредством трамбователя с плоским торцом, причем в периоды пробивки скважины, заполнения и уплотнения грунта в пределах зоны выпора осуществляют давление на поверхность грунта заданной величины [7].

Сущность этого способа заключается в том, что при его осуществлении происходит уплотнение грунта за счет внедрения трамбованием в него грунтоподобного материала на глубину, причем без образования зоны выпора грунта у его поверхности. Однако эффективность этого способа недостаточна из-за того, что при создании требуемого давления на поверхность грунта увеличиваются затраты, усложняются работы и снижается производительность. Дополнительно, при ударе плоского торца трамбователя по грунту уплотнение грунта вокруг скважины происходит на весьма ограниченную величину - около одного диаметра пробиваемой скважины [7]. Поэтому объем уплотняемого грунта с одного места трамбования невелик, что не позволяет эффективно достичь равномерного уплотнения грунта в массиве.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности глубинного уплотнения грунта. Технический же результат от использования изобретения заключается в упрощении работ по предотвращению выпора грунта вокруг места трамбования при одновременном повышении равномерности уплотнения грунта, увеличении объема вовлечения в уплотнение грунта и в увеличении приращения его плотности с одного места трамбования.

Задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе глубинного уплотнения грунта, включающем вытрамбовывание скважиноподобного углубления в грунте, находящемся в пригруженном состоянии вокруг места вытрамбовывания, послойное заполнение углубления грунтом и воздействие ударами трамбовки на каждый слой этого грунта, согласно изобретению вытрамбовывание углубления, заполнение его грунтом и воздействие на этот грунт ударами трамбовки осуществляют в зимнее время после образования у поверхности грунта заданной толщины сезонно-мерзлого слоя, обеспечивающего пригружение расположенного под ним талого грунта, при этом перед вытрамбовыванием углубления в намеченном для этого в плане месте в сезонно-мерзлом слое выполняют отверстие, диаметр которого равен диаметру трамбовки или превышает его. Отверстие в сезонно-мерзлом слое грунта выполняют путем удара трамбовки по ослабленному в намеченном в плане месте сезонно-мерзлому слою, воздействие на грунт ударами осуществляют трамбовкой, имеющей вытянутую по высоте форму, при этом ее нижняя часть имеет форму округлую или усеченного конуса и выполнена из чугуна, а заполнение углубления осуществляют дренирующим грунтом или грунтоподобным материалом.

Дополнительно, сезонно-мерзлый слой грунта может быть ослаблен, например, следующим образом:

- путем проходки скважины, диаметр которой превышает диаметр трамбовки, а глубина скважины - половину толщины сезонно-мерзлого слоя;

- путем проходки скважин, размещенных рассосредоточенно по контуру круга, диаметр которого превышает диаметр трамбовки;

- путем выполнения в летнее время ямы и ее заполнение маловлажным зернистым материалом или влажной высококальциевой золой, взятой непосредственно из золоуловителя котельной установки;

- путем покрытия в летнее время намеченного в плане места теплоизоляционным материалом, который в зимнее время перед трамбованием убирают, а в сезонно-мерзлом слое отрывают приямок, в котором размещают заряд взрывчатого вещества и производят его взрывание одновременно с первым ударом трамбовки.

Сущность предлагаемого технического решения заключается прежде всего в том, что глубинное уплотнение грунта осуществляют в зимнее (зимне-весеннее) время, после того как у поверхности грунта образовался слой сезонно-мерзлого грунта заданной толщины, который без затрат качественно пригрузил нижележащий талый грунт. Это позволяет использовать тяжелую или сверхтяжелую трамбовку, коническая форма которой позволяет эффективно втрамбовывать под сезонно-мерзлый слой дренирующий грунтоподобный материал во все стороны, за счет чего и достигается ранее указанный технический результат. Этот результат может быть дополнительно повышен другими известными приемами, такими как воздействие на грунт во время трамбования вибрацией [6] или применением двухмассной трамбовки [8].

Предлагаемый способ глубинного уплотнения грунта поясняется чертежами, представленными на фиг.1-6, где на фиг.1 изображен план, иллюстрирующий намеченные места воздействия ударами трамбовки; на фиг.2 - сечение, иллюстрирующее вытрамбовывание скважиноподобного углубления и втрамбовывание под сезонно-мерзлый слой дренирующего грунтоподобного материала; на фиг.3 - сечение, иллюстрирующее ослабление сезонно-мерзлого слоя путем проходки скважины, диаметр которой превышает диаметр трамбовки; на фиг.4 - сечение, иллюстрирующее ослабление сезонно-мерзлого слоя путем проходки скважин, размещенных рассосредоточенно по контуру круга; на фиг.5 - сечение, иллюстрирующее ослабление сезонно-мерзлого слоя путем выполнения в летнее время ямы; на фиг.6 - сечение, иллюстрирующее ослабление сезонно-мерзлого слоя путем покрытия в летнее время намеченного в плане места теплоизоляционным материалом.

Способ осуществляют следующим образом.

В летнее время участок грунта 1 планируют и на нем в плане намечают места трамбования 2 на расстоянии "a" друг от друга (фиг.1). В зимнее время у поверхности 3 грунта 1 (фиг.2-6) естественным путем образуется сезонно-мерзлый слой 4 заданной толщины "b", величину которой обычно принимают 100-200 сантиметров. После чего в намеченных местах трамбования 2, в которых сезонно-мерзлый слой 4 ослаблен, например, одним из нижеописанных способов, иллюстрированных на фиг.3-6, трамбовкой 5 вытрамбовывают скважиноподобное углубление 6 (фиг.2). Верхняя часть углубления 6 образует в сезонно-мерзлом слое 4 отверстие 7, диаметр Д_о которого равен диаметру Д_т трамбовки 5 или превышает его, а нижняя часть углубления расположена ниже сезонно-мерзлого слоя 4 в талой части грунта 1. Трамбовка 5 сбрасывается с высоты до 20 и более метров посредством механизма сбрасывания 8 (фиг.3) базовой грузоподъемной машины, снабженной системой наведения (не показана) трамбовки 5.

Ослабление сезонно-мерзлого слоя 4 в местах трамбования 2 может быть осуществлено, например, одним из следующих способов.

1. В зимнее время проходят скважину 9 (фиг.3), диаметр Д_ск которой превышает диаметр Д_т трамбовки 5 на 20-40 сантиметров, а ее глубина "с" - половину толщины "b" сезонно-мерзлого слоя 4. Оставшуюся часть толщины слоя 4, равную b-c, разрушают первым же ударом трамбовки 5.

2. В зимнее время на полную толщину b сезонно-мерзлого слоя 4 проходят скважины 10 (фиг.4), которые размещают по контуру круга, диаметр D_к которого превышает диаметр трамбовки D_т. Ослабленное скважинами 10 место в сезонно-мерзлом слое 4 разрушают первым же ударом трамбовки 5.

3. В летнее время выполняют яму 11 (фиг.5), которую заполняют маловлажным зернистым материалом 12 или высококальциевой золой 13, взятой непосредственно из золоуловителя котельной установки - зола сухого отбора. Заполненную яму покрывают теплоизоляционным материалом, например котельным шлаком 14. В зимнее время как сыпучемерзлый грунт 12, так и слабопрочный золобетон 13, находящийся за счет тепла реакции гидратации под слоем шлака 14 в талом состоянии, разрушают первым же ударом трамбовки 5.

4. В летнее время место трамбования 2 (фиг.1) покрывают теплоизоляционным материалом 15 (фиг.6), который в зимнее время непосредственно перед трамбованием убирают, а в тонкой части 16 сезонно-мерзлого слоя 4 отрывают приямок 17, в котором размещают заряд 18 взрывчатого вещества и производят его взрывание одновременно с первым ударом трамбовки 5. За счет совместного действия заряда 18 взрывчатого вещества и трамбовки 5 на ослабленный теплоизоляционным материалом 15 сезонно-мерзлый слой 4 последний в месте удара трамбовки 5 разрушается.

При производстве ударов тяжелой (сверхтяжелой) трамбовкой 5 (фиг.2) по поверхности 3 ослабленного сезонно-мерзлого слоя 4 в местах трамбования 2 происходит вытрамбовывание скважиноподобного углубления 6, дно 19 которого в процессе трамбования опускается ниже сезонно-мерзлого слоя 4 в талую часть грунта 1. После чего углубление 6 от уровня дна 19 до уровня 20 заполняют дренирующим грунтом или грунтоподобным материалом 21, например песком, гравием, щебнем, котельным шлаком и др. Такой слой дренирующего материала 21 ударами трамбовки 5 втрамбовывают под сезонно-мерзлый слой 4, после чего заполнение углубления 6 дренирующим материалом 21 и его втрамбовывание под сезонно-мерзлую плиту 4 повторяют. В результате дренирующий материал 21 образует в грунте 1 объемную приемную часть дренажа 22 - его отводящая часть на чертеже не показана.

При высокой влажности грунта 1 во время трамбования происходит его разжижение, сопровождаемое во время удара акустической кавитацией в поровой воде, увеличивающей ее водопроходимость в грунте [6 и 8]. При этом сезонно-мерзлый слой 4 грунта 1 работает как массивная и большеразмерная плита. В таких условиях в грунте обеспечивается проявление "поршневого эффекта", а наличие дренажа 22 - эффективный отвод воды из грунта 1. Последнее имеет важное значение так же для консолидации грунта в случае возведения на нем высокой насыпи - не показана. Все это, а также выполнение тяжелой конической формы трамбовки весом до 200 кН и более в существенной мере способствуют повышению ранее указанного технического результата, а именно: упрощение работ по предотвращению выпора грунта вокруг места трамбования при одновременном повышении равномерности уплотнения грунта и в приращении его плотности с одного места трамбования 2, расстояние "а" между которыми достигает 1000 сантиметров и более.

После такого глубинного уплотнения грунта 1, осуществленного в зимнее время, в летнее время производят уплотнение грунта 1, находящегося у его поверхности 3 в неуплотненном естественном состоянии (грунт слоя 4), например, трамбовкой средней тяжести с развитой ударной поверхностью при ограниченной высоте сбрасывания. Такое трамбование целесообразно производить по местам 23, расположенным между местами трамбования 2 и показанным на фиг.1 пунктиром. Затем поверхность 3 грунта 1, деформированную в процессе трамбования, выравнивают и доуплотняют катком.

Такое сочетание глубинного уплотнения грунта, выполненного по предложенному способу, и поверхностное уплотнение грунта, выполненное по одному из известных способов, позволяет качественно подготовить участок под застройку.

Источники информации

1. Иванов П.Л. Уплотнение малосвязных грунтов взрывами. М.: Недра, 1983.

2. Ломизе Г.М., Мещеряков А.Н., Гильман Я.Д. и Федоров Б.С. Уплотнение песчаных грунтов электрическими разрядами //Гидротехническое строительство. 1963. №7.

3. Патент Российской Федерации №2193002, кл. В 65 G 3/00, опубл. 20.11.2002.

4. Зарецкий Ю.К., Гарицелов М.Ю. Глубинное уплотнение грунтов ударными нагрузками. М.: Энергоатомиздат, 1989.

5. Уплотнение просадочных грунтов сверхтяжелой трамбовкой на строительстве больничного комплекса /И.Г.Рабинович, Ю.А.Багдасаров, Н.И.Руденко и др. //Основания, фундаменты и механика грунтов. 1991. №1.

6. Патент Российской Федерации №2149238, кл. Е 02 D 3/046, опубл. 20.05.2000.

7. Авторское свидетельство СССР №1477837, кл. Е 02 D 3/046, опубл. 07.05.89.

8. Ягин В.П. Новое объяснение поведения водонасыщенных грунтов при сильных сотрясениях. //Основание, фундаменты и механика грунтов. 2000. №6.