СПОСОБ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ СВЯЗНЫХ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ И ТЕЛА СООРУЖЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК E02D1/02 

Описание патента на изобретение RU2317372C1

Изобретение относится к области строительства, в частности к выбору методов улучшения естественного слабого основания из связных грунтов или для принятия решения об их замене более прочным материалом, а также при оценке состояния эксплуатируемых грунтовых сооружений, например плотин, дамб, насыпей и др.

Для оценки новизны и изобретательского уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения.

Известен способ оценки состояния связных грунтов по консистенции, характеризуемой показателем текучести IL, который определяют отношением разности влажностей, соответствующих двум состояниям грунта: естественному W и на границе раскатывания Wp, к числу пластичности Iр по формуле:

где IL - показатель текучести, д.ед; W - естественная влажность, д.ед; Wp - граница раскатывания, д.ед; Ip - число пластичности, д.ед. По показателю консистенции связные грунты подразделяются на твердые, полутвердые тугопластичные, мягкопластичные, текучепластичные и текучие, супеси - на твердые, пластичные и текучие (ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация - М.: МНТКС, 1996, с.22).

Основным недостатком способа-аналога является условный характер, позволяющий грубо приближенно характеризовать и оценивать физическое состояние глинистых грунтов, т.к. определение величин, входящих в формулу вычисления показателя текучести, производится по образцам глинистых грунтов нарушенного сложения. Кроме того, не учитывается величина действующей нагрузки от сооружения.

Известен полевой способ динамического и статического зондирования, основанный на определении сопротивления грунта внедрению в него зонда, который позволяет установить разрез рыхлых отложений, количественно или качественно оценивать инженерно-геологические свойства пород и их изменчивость в пространстве (Методическое пособие по инженерно-геологическому изучению горных пород. Том 11. - М., МГТУ, 1968, с.330-346). Результаты зондирования используют для разработки классификаций по консистенции связных грунтов, определения несущей способности свай на основе полуколичественной характеристики физических свойств связных грунтов.

Недостатками способа-аналога являются недостаточная точность определения условного сопротивления грунта при динамическом зондировании из-за трения штанг о грунт, изгиба штанг при ударе, изменения соотношения веса зонда и наковальни, что служит причиной значительного разброса данных при сопоставлении их с показателями физико-механических свойств и установлении корреляционных связей, большие трудозатраты по установке вышки в строго вертикальном положении для исключения перекоса и заклинивания штанги в скважине.

Наиболее близким к заявляемому по совокупности существенных признаков является принятый нами за прототип способ определения технологических характеристик связных грунтов при уплотнении механизмами, включающий определение влажности на границе текучести и оптимальной влажности грунта, его гранулометрический состав и по результатам содержание и плотность частиц мелкой фракции размером менее 2 мм, плотность образца при влажности на границе текучести, технологические характеристики по формулам:

- максимальную плотность мелкой фракции

- оптимальную влажность

где ρdmax - максимальная плотность сухого грунта мелких фракций для выбранного механизма, г/см3;

ρs - плотность частиц мелких фракций, г/см3;

ρdL - плотность сухого грунта в образце из мелких фракций при влажности на границе текучести WL, г/см3;

σ - удельное уплотняющее давление под рабочим органом механизма, МПа;

Wopt - оптимальная влажность мелких фракций для выбранного механизма, д.ед.;

Sr - степень влажности грунта, принимаемая равной при уплотнении катками Sr=0,85-0,90; для трамбующих плит и виброкатков виброударного действия Sr=0,90-0,95;

ρw - плотность воды, равная 1,0 г/см3

(патент РФ № 2186174, МПК E02D 1/02, опубл. 27.07.2002).

Основным недостатком способа-прототипа является ограниченность его применения для однородных грунтов, уплотняемых механизмами, когда грунт достигает однородного состава в процессе разработки естественных залежей в карьере и последующего перемешивания при отсыпке и разравнивании перед уплотнением механизмами.

Изобретением решается задача расширения области использования оценки состояния оснований и тела сооружения из связных грунтов слоистой текстуры, повышения точности определения равновесной плотности и влажности с учетом действующих нагрузок от собственного веса слоев грунта.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе, включающем отбор образца грунта, определение плотности и влажности в естественном состоянии, плотности частиц грунта, плотности и влажности на границе текучести, плотности и влажности при различных нагрузках по формулам:

- плотность

- для грунтов слоистой текстуры по зависимости при давлениях, равных вертикальному в основании слоя,

- влажность

где ρdmax - максимальная плотность сухого грунта для каждой ступени давлении σ, г/см3;

ρs - плотность частиц грунта, г/см3;

ρdL - плотность сухого грунта в образце при влажности на границе текучести WL, г/см3;

σ - удельное давление в основании слоя, МПа;

Wopt - оптимальная влажность грунта для каждой ступени давления, д.ед.;

Sr - степень влажности грунта, принимаемая равной 1,0;

ρw - плотность воды, равная 1,0 г/см3.

Дополнительно по глубине делят основание и тело сооружения на слои с однородными характеристиками, вычисляют давление от собственного веса грунта каждого выделенного слоя, проводят компрессионное сжатие образца грунта при влажности, близкой к границе текучести, по полученным результатам устанавливают зависимость конечной плотности сухого грунта от давления для каждого слоя и определяют состояние грунтов основания и тела сооружения по соотношению естественных и равновесных значений плотности и влажности: при нормально уплотненном состоянии - естественные плотность и влажность достигают равновесного значения, что означает завершение процесса уплотнения грунтов, при недоуплотненном состоянии - естественная плотность меньше, а влажность больше равновесных значений, что свидетельствует о продолжении процесса уплотнения грунта, при переуплотненном состоянии - естественная плотность больше, а влажность меньше равновесных значений, т.е. возможны деформации набухания при контакте грунтов с водой, например при заполнении водохранилища, подъеме уровня грунтовых вод и др. Причем для однородных грунтов при определении равновесной плотности ρdmax при давлениях равных вертикальному в основании слоя, а при определении равновесной влажности Wσ=Wopt при Sr=1,0.

Кроме этого, предлагаемое техническое решение имеет факультативный признак, характеризующий его частный случай: при определении равновесных плотности ρ и влажности Wσ учитывают дополнительное к весу вышележащих слоев грунта давление, передаваемое на основание и тело сооружения, например, от проезжающего по гребню дамбы автомобильного и/или железнодорожного транспорта, а также от существующих строений, складов материалов и др.

Преимущество предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом складывается из возможности его использования при оценке состояния естественных оснований и тела сооружения из связных грунтов слоистой текстуры.

Отличительными признаками данного способа являются определение давления от собственного веса грунта каждого выделенного слоя, проведение компрессионного сжатия образца грунта при влажности, близкой к границе текучести, установление зависимости конечной плотности сухого грунта от давления для каждого слоя и определение состояния грунтов основания и тела сооружения по соотношению естественных и равновесных значений плотности и влажности.

Многочисленными опытами со связными грунтами различного гранулометрического и минералогического состава установлено, что равновесная плотность равна ρdmax и зависит от величины действующего давления σ и не зависит от способа его приложения циклического, динамического при уплотнении механизмами или статического при компрессионном сжатии. Оптимальная влажность, при которой достигается максимальная плотность, зависит от способа приложения давления и в формуле (2) определяется при уплотнении катками при Sr=0,85-0,90, для трамбующих плит при виброударном уплотнении Sr=0,90-0,95, а при компрессионном уплотнении в случае определения равновесной влажности Sr=1,0 (Рекомендации по лабораторному определению максимальной плотности связных грунтов применительно к уплотнению катками. П 50-90 / ВНИИГ. - Л.: ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, 1974, т.105, с.102-115).

На этом основании формулы (1) и (2) используют для определения значений максимальных равновесных плотности и влажности грунтов при статическом компрессионном уплотнении под действием собственного веса слоев вышележащего грунта.

Предлагаемый способ поясняется графиками: на фиг.1а и б показано сопоставление средневзвешенных значений влажности W (а) и плотности ρd(б) грунтов основания в проране и равновесных значений для нагрузок от собственного веса; на фиг.2а и б - график изменения влажности W и плотности ρd суглинков по глубине в теле дамбы.

Способ осуществляется следующим образом.

Отбирают образцы грунта ненарушенного сложения, определяют плотность ρd и влажность W в естественном состоянии, плотность частиц грунта ρs, влажность грунта на границе текучести WL. Затем проводят компрессионное сжатие образца при влажности, близкой к границе текучести, измеряя осадки образца для каждой ступени давления, и по полученным результатам устанавливают зависимость конечной равновесной плотности сухого грунта от давления для каждой ступени, а равновесную влажность определяют по формуле (2), принимая степень влажности Sr=1,0. Для однородных грунтов (не слоистой текстуры) равновесную плотность можно определить по формуле (1).

Основание и тело сооружения по глубине делят на слои с однородными характеристиками и определяют давление от собственного веса грунта в основании каждого выделенного слоя.

Состояние грунтов основания и тела сооружения определяют, сравнивая естественные и равновесные значения плотности и влажности, и выделяют следующие виды:

- нормально уплотненное - естественные плотность и влажность достигли равновесного значения, что означает завершение процесса уплотнения грунтов;

- недоуплотненное - естественная плотность меньше, а влажность больше равновесных значений, что свидетельствует о продолжении процесса уплотнения грунта;

- переуплотненное - естественная плотность больше, а влажность меньше равновесных значений, т.е. возможны деформации набухания при контакте грунтов с водой, например, при заполнении водохранилища, подъеме уровня грунтовых вод и др.

При необходимости учитывают дополнительное к весу вышележащих слоев грунта давление, передаваемое на основание и тело дамбы от проезжающего по гребню автомобильного и/или железнодорожного транспорта, строений, складов материалов и др.

В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающих получение технического результата для всех случаев, на которые распространяется предлагаемое изобретение.

Пример 1. Необходимо определить состояние слабых грунтов основания в проране комплекса защиты г.Санкт-Петербурга от наводнений.

Из буровых скважин через 1 м по глубине отбирают образцы грунтов, определяют плотность частиц, плотность и влажность в естественном состоянии, по полученным результатам вычисляют средневзвешенные значения. На основании материалов инженерно-геологических изысканий на этом участке выделяют следующие характерные слои: насыпной песок мощностью слоя 2,7 м, ленточные пылеватые глины (слой 25 д), характеризующиеся чередованием горизонтальных тонких прослоев высокодисперсной глины и мелкого песка, мощность слоя 8,0 м и неяснослоистые суглинки (слой 26), разведанная мощность слоя 3,8 м. Определяют значения влажности на границе текучести WL.

По СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» определяют давления в основании выделенных слоев грунтов основания. Полученные результаты приведены в таблице 1.

Далее выполняют компрессионное сжатие образцов грунта выделенных слоев при следующих ступенях давлений σ: 0,01; 0,02; 0,03; 0,05; 0,10; 0,15; 0,20 и 0,25 МПа. Определяют равновесные значения плотности ρ для каждой ступени нагрузки после стабилизации деформаций. Равновесная влажность для каждой ступени нагрузки определена по формуле (2) при степени влажности грунта Sr=1,0. Полученные результаты приведены в таблице 2.

По графику на фиг.1, где приведены изменения естественных, средневзвешенных и равновесных значений плотности и влажности грунтов выделенных слоев по глубине с учетом действующих давлений от собственного веса грунта, установлено, что естественная плотность меньше, а влажность больше равновесных значений в грунтах основания, что позволяет определять их состояние как недоуплотненное. В связи с этим при достройке дамбы необходимо принять меры по укреплению основания либо удалить слабый слой или отсыпать дамбу способом отжатия слабого слоя грунта при строгой корректировке скорости производства работ в соответствии с ростом порового давления и осадки в грунтах основания, предусмотрев перерывы в отсыпке грунтов для снижения порового давления до безопасного уровня.

Пример 2. При строительстве дамбы из мореного суглинка (слой 38) его отсыпали в воду глубиной 5 м. Возникло опасение, что в нижнем слое дамбы образуется разжиженный слой. И через 18 лет после строительства с гребня дамбы были пробурены скважины с отбором образцов через 1 м и определены естественные значения плотности, влажности, плотности частиц грунта ρs=2,72 г/см3, влажности на границе текучести WL=0,22, а также равновесные значения плотности по формуле (1) и влажности по формуле (2) при Sr=1,0 для мелкозема (фракций размером менее 2 мм) и при содержании в грунте 15% крупных фракций (крупнее 2 мм). Результаты испытаний приведены в таблице 3 и на графиках фиг.2.

В данном случае естественная плотность больше, а влажность меньше равновесных значений, что позволяет определить переуплотненное состояние грунтов тела отсыпанной дамбы. Учитывая отсутствие способности грунтов к набуханию, тело дамбы оценивают как стабильное, плотное и монолитное.

Таблица 3Равновесные значения плотности ρ и влажности Wσ при различных ступенях давления, рассчитанные по формулам (1) и (2) для мелкозема и при содержании в грунте 15% крупных фракцийСодержание крупных фракций Р, %σ, МПа00,010,020,030,050,100,150,200,250,301234567891011120 (мелкозем d<2 мм)ρ, г/см31,611,641,671,691,721,761,781,801,811,82Wσ0,2530,2420,2310,2240,2140,2010,1940,1880,1850,18215%ρ, г/см31,711,741,771,791,821,861,881,901,911,92Wσ0,2230,2130,2040,1980,1890,1780,1720,1670,1650,162

Предлагаемый способ оценки состояния связных грунтов основания и тела сооружения позволяет снизить трудоемкость процесса, расширить область применения для оснований из слоистых грунтов, повысить точность определения равновесных значений плотности и влажности с учетом действующих нагрузок от собственного веса слоев грунта.

Похожие патенты RU2317372C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СВЯЗНЫХ ГРУНТОВ ПРИ УПЛОТНЕНИИ МЕХАНИЗМАМИ 2000
  • Ермолаева А.Н.
RU2186174C2
СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ ЗЕМЛЯНОГО СООРУЖЕНИЯ ИЗ ГЛИНИСТОГО ГРУНТА 2014
  • Аверьянов Виталий Николаевич
  • Борткевич Виктор Станиславович
  • Жерихин Александр Сергеевич
RU2561635C1
СПОСОБ ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ ПЕРЕУПЛОТНЕНИЯ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ В ПРИРОДНОМ ЗАЛЕГАНИИ 2009
  • Беллендир Евгений Николаевич
  • Векшина Татьяна Юрьевна
  • Ермолаева Ася Николаевна
  • Засорина Ольга Анатольевна
RU2405083C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ 1991
  • Казарновский В.Д.
  • Павлова Л.Н.
  • Шкицкая Н.Ю.
RU2008395C1
Легкий техногенный дисперсный грунт на базе сернисто-щелочных отходов 2021
  • Офрихтер Вадим Григорьевич
  • Гришина Алла Сергеевна
  • Королев Егор Игоревич
  • Вайсман Яков Иосифович
  • Кетов Юрий Александрович
  • Кетов Александр Анатольевич
RU2771699C1
СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРАНСПОРТНОЙ МАГИСТРАЛИ МЕГАПОЛИСА 1998
  • Селиванов Н.П.
RU2140479C1
СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ОСНОВАНИЯ 2008
  • Гольцов Юрий Иванович
  • Мальцев Николай Васильевич
  • Мальцев Василий Терентьевич
  • Недодаев Александр Владимирович
  • Харабаев Николай Николаевич
RU2380482C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ И ОПТИМАЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА 2018
  • Ляшенко Павел Алексеевич
  • Денисенко Виктор Викторович
  • Коваленко Владислав Сергеевич
  • Коломиец Никита Сергеевич
RU2699554C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЦЫ РАСКАТЫВАНИЯ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ 2005
  • Ермолаева Ася Николаевна
  • Сокуров Владимир Владиславович
  • Иванов Андрей Алексеевич
RU2305284C2
СПОСОБ СОЗДАНИЯ ДАМБ И ДРУГИХ НАСЫПНЫХ СООРУЖЕНИЙ 2003
  • Цеховой Александр Исаакович
RU2275461C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 317 372 C1

Реферат патента 2008 года СПОСОБ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ СВЯЗНЫХ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ И ТЕЛА СООРУЖЕНИЯ

Изобретение относится к области строительства, в частности к выбору методов улучшения естественного слабого основания из связных грунтов или для принятия решения об их замене более прочным материалом, а также при оценке состояния эксплуатируемых грунтовых сооружений. Техническим результатом является повышение точности определения равновесной плотности и влажности с учетом действующих нагрузок от собственного веса слоев грунта. Для этого способ включает отбор образца грунта, определение плотности и влажности в естественном состоянии, плотности частиц грунта, плотности и влажности на границе текучести, плотности и влажности при различных нагрузках по математическим формулам. При этом дополнительно по глубине делят основание и тело сооружения на слои с однородными характеристиками, вычисляют давление от собственного веса грунта каждого выделенного слоя, проводят компрессионное сжатие образца грунта при влажности, близкой к границе текучести, по полученным результатам устанавливают зависимость конечной плотности сухого грунта от давления для каждого слоя и определяют состояние грунтов основания и тела сооружения по соотношению естественных и равновесных значений плотности и влажности: при нормально уплотненном состоянии - естественные плотность и влажность достигают равновесного значения, что означает завершение процесса уплотнения грунтов, при недоуплотненном состоянии - естественная плотность меньше, а влажность больше равновесных значений, что свидетельствует о продолжении процесса уплотнения грунта, при переуплотненном состоянии - естественная плотность больше, а влажность меньше равновесных значений, т.е. возможны деформации набухания при контакте грунтов с водой. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 ил.

Формула изобретения RU 2 317 372 C1

1. Способ оценки состояния связных грунтов основания и тела сооружения, включающий отбор образца грунта, определение плотности и влажности в естественном состоянии, плотности частиц грунта, плотности и влажности на границе текучести, плотности и влажности при различных нагрузках по формулам

плотность

для грунтов слоистой текстуры по зависимости при давлениях, равных вертикальному в основании слоя,

влажность

где ρd max - максимальная плотность сухого грунта для каждой ступени давления σ, г/см3;

ρs - плотность частиц грунта, г/см3;

ρdL - плотность сухого грунта в образце при влажности на границе текучести WL, г/см3;

σ - удельное давление в основании слоя, МПа;

Wopt - оптимальная влажность грунта для каждой ступени давления, д.е.;

Sr - степень влажности грунта, принимаемая равной 1,0;

ρw - плотность воды, равная 1,0 г/см3,

отличающийся тем, что дополнительно по глубине делят основание и тело сооружения на слои с однородными характеристиками, вычисляют давление от собственного веса грунта каждого выделенного слоя, проводят компрессионное сжатие образца грунта при влажности близкой к границе текучести, по полученным результатам устанавливают зависимость конечной плотности сухого грунта от давления для каждого слоя и определяют состояние грунтов основания и тела сооружения по соотношению естественных и равновесных значений плотности и влажности: при нормально уплотненном состоянии - естественные плотность и влажность достигают равновесного значения, что означает завершение процесса уплотнения грунтов, при недоуплотненном состоянии - естественная плотность меньше, а влажность больше равновесных значений, что свидетельствует о продолжении процесса уплотнения грунта, при переуплотненном состоянии - естественная плотность больше, а влажность меньше равновесных значений, т.е. возможны деформации набухания при контакте грунтов с водой, например, при заполнении водохранилища, подъеме уровня грунтовых вод, причем для однородных грунтов при определении равновесной плотности ρdmax при давлениях, равных вертикальному в основании слоя, а при определении равновесной влажности Wopt=Wσ при Sr=1,0.

2. Способ оценки состояния связных грунтов основания и тела сооружения по п.1, отличающийся тем, что при определении равновесных плотности ρ и влажности Wσ учитывают дополнительное к весу вышележащих слоев грунта давление, передаваемое на основание и тело сооружения, например, от проезжающих по гребню дамбы автомобильного и/или железнодорожного транспорта, а также от существующих строений, складов материалов.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2008 года RU2317372C1

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СВЯЗНЫХ ГРУНТОВ ПРИ УПЛОТНЕНИИ МЕХАНИЗМАМИ 2000
  • Ермолаева А.Н.
RU2186174C2
Способ контроля качества уплотнения грунта 1981
  • Кроник Яков Александрович
SU1076828A1
Способ определения влажности уплотняемого грунта 1989
  • Теплицкий Абрам Хунович
SU1689652A1
Способ снижения водопроницаемости глинистых грунтов 1990
  • Борткевич Станислав Викторович
  • Варданян Светлана Трофимовна
SU1760012A1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ 1991
  • Казарновский В.Д.
  • Павлова Л.Н.
  • Шкицкая Н.Ю.
RU2008395C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ НЕСКОЛЬКИХ ОБЪЕКТОВ НА РАЗНЫХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ УРОВНЯХ 1999
  • Исмаилов Т.А.
  • Евдулов О.В.
  • Юсуфов Ш.А.
  • Гаджиев Х.М.
RU2199777C2
DE 3728669, 16.03.1989.

RU 2 317 372 C1

Авторы

Ермолаева Ася Николаевна

Сокуров Владимир Владиславович

Даты

2008-02-20Публикация

2006-07-17Подача