СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ НЕСВЯЗНОГО ДИСПЕРСНОГО ГРУНТА Российский патент 2017 года по МПК E02D1/02 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для устройства оснований зданий и сооружений из несвязного дисперсного грунта с требуемыми деформационными свойствами.

Из существующего уровня техники известен способ усиления грунтового основания, включающий укладку армирующих элементов, послойную отсыпку грунта с последующим инъецированием раствора наполнителя через выпуски в полость армирующих рукавных элементов. На отсыпанный грунт в качестве армирующих элементов укладывают протяженные рукавные элементы из полупроницаемой полимерной ткани или стеклоткани, при этом инъецирование твердеющего или консистентного раствора наполнителя производят в полость рукавного элемента до проникновения раствора в поры ткани армирующего элемента и цементации контактной зоны грунтового основания или до разрыва ткани и заполнения пустот в окружающем грунте. В качестве твердеющего или консистентного раствора могут инъецировать, соответственно, цементный раствор или раствор бентонитовой глины. Инъецирование раствора наполнителя могут производить посредством инъекторной трубки, размещенной в полости рукавного элемента. В полость рукавного элемента могут вставлять плоский или объемный металлический или синтетический арматурный каркас из прядевой или стержневой арматуры (RU 2333318 С1, МПК E02D 17/20, E02D 3/00, опубл. 10.09.2008). Недостатками данного способа являются: необходимость использования армирующих элементов, твердеющего или консистентного раствора наполнителя, а также специализированного инъекторного оборудования.

Также известны мероприятия (СП 22.13330.2011 «СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений», п. 5.9 «Мероприятия по уменьшению деформаций оснований и влияния их на сооружения»), направленные на преобразование строительных свойств грунтов, которое достигается:

а) уплотнением грунтов (трамбованием тяжелыми трамбовками, устройством грунтовых свай, вытрамбовыванием котлованов под фундаменты, предварительным замачиванием грунтов, использованием энергии взрыва, глубинным гидровиброуплотнением, вибрационными машинами, катками и т.п.);

б) полной или частичной заменой в основании (в плане и по глубине) грунтов с неудовлетворительными свойствами подушками из песка, гравия, щебня и т.п.;

в) устройством насыпей (отсыпкой или гидронамывом);

г) закреплением грунтов (инъекционным, электрохимическим, буросмесительным, термическим и другими способами);

д) введением в грунт специальных добавок (например, засолением грунта или пропиткой его нефтепродуктами для ликвидации пучинистых свойств);

е) армированием грунта (введением специальных пленок, сеток и т.п.).

Недостатками данных способов являются: нерациональное использование энергоемкого оборудования для уплотнения грунта; нерациональное использование имеющихся строительных материалов как при полной или частичной замене грунта в основании здания, сооружения, так и при устройстве насыпей; необходимость использования специализированного оборудования, специальных добавок или армирующих элементов для закрепления грунтов.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ регулирования деформационных свойств дисперсного материала, включающий изменение доли остаточных деформаций, сцепления между частицами дисперсного материала и передачу на него деформирующего воздействия. При этом до передачи деформирующего воздействия устанавливают зависимость доли остаточных деформаций К от сцепления С и угла ϕ внутреннего трения, а затем в соответствии с установленной зависимостью изменяют долю остаточных деформаций К путем изменения любым известным способом сцепления С и угла ϕ внутреннего трения. (RU 2108570 С1, МПК G01N 33/24, E02D 3/00, опубл. 10.04.1998).

Недостатком данного способа является необходимость использования дополнительных технологий (например, в натурных условиях осуществляют изменение С и ϕ, регулируя соотношение долей остаточных и упругих деформаций при приложении деформирующего воздействия на грунт), которые бы обеспечивали как изменение сцепления С и угла ϕ внутреннего трения дисперсного материала, так и неизменность вновь полученных характеристик сцепления С и угла ϕ внутреннего трения дисперсного материала в условиях реального строительного производства в сложных природно-климатических условиях.

Задачей изобретения является создание способа регулирования деформационных свойств несвязного дисперсного грунта, который не требует применения дополнительных технологий, которые обеспечивают как изменение сцепления С и угла ϕ внутреннего трения дисперсного материала, так и неизменность характеристик сцепления С и угла ϕ внутреннего трения дисперсного материала в условиях реального строительного производства в сложных природно-климатических условиях, позволяющего регулировать деформационные свойства несвязного дисперсного грунта при устройстве оснований зданий и сооружений без использования специализированного оборудования, дополнительных материалов и специальных добавок, рационально использовать строительные материалы.

В соответствии с ГОСТ 12248-96 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости» определяют следующие характеристики (для песков, относящихся к несвязном дисперсным грунтам):

- сопротивление грунта срезу τ;

- угол внутреннего трения ϕ;

- удельное сцепление с;

- модуль деформации Е;

- коэффициент поперечной деформации ν;

- коэффициент сжимаемости m₀;

- структурная прочность на сжатие p_str;

- коэффициент фильтрационной консолидации c_ν;

- коэффициент вторичной консолидации с_α.

Данный технический результат достигается тем, что в способе регулирования строительных свойств несвязного дисперсного грунта первоначально грунт разделяют на фракции с помощью сит, определяют деформационную характеристику χ_i каждой гранулометрической фракции грунта, выделенной на предыдущем этапе (ГОСТ 12248-96 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости», стр. 2, п. 5 «Методы определения характеристик прочности и деформируемости немерзлых грунтов»). Затем на основе полученных деформационных характеристик χ_i каждой гранулометрической фракции грунта методом подбора определяют относительное содержание (долю) А каждой гранулометрической фракции в новом несвязном дисперсном грунте с требуемой деформационной характеристикой χ_Σ так, чтобы выполнялось условие:

χ_Σ - требуемая деформационная характеристика нового несвязного дисперсного грунта;

A_i - относительное содержание (доля) i-й гранулометрической фракции в новом несвязном дисперсном грунте с требуемой деформационной характеристикой. Определяется подбором так, чтобы выполнялось условие: ΣA_i=1 (сумма долей (относительное содержание) отдельных фракций в новом несвязном дисперсном грунте равна единице);

χ_i - деформационная характеристика i-й гранулометрической фракции грунта.

Для обеспечения необходимых деформационных свойств несвязного дисперсного грунта при устройстве оснований зданий и сооружений на основе полученных значений относительного содержания (доли) A_i гранулометрических фракций в синтезируемом несвязном дисперсном грунте с помощью смесителей (мешалок) смешивают определенные подбором количества отдельных гранулометрических фракций исходного грунта.

На фиг. 1 схематично представлена последовательность действий при способе регулировании деформационных свойств несвязного дисперсного грунта.

Рассмотрим пример определения модуля деформации E_i и величины сцепления C_i.

Например, необходимо определить состав несвязного дисперсного грунта, который имел бы требуемую величину модуля деформации Е_Σ. Отобранный несвязный дисперсный грунт с помощью сит разделяют на отдельные фракции. Далее определяют модуль деформации E_i каждой выделенной i-й фракции по ГОСТ 12248-96 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости», стр. 14, п. 5.4 «Метод компрессионного сжатия». Методом подбора определяют относительное содержание (долю) A_i каждой i-й гранулометрической фракции в несвязном дисперсном грунте с заданной величиной модуля деформации Е_Σ. На заключительном этапе определенные количества фракций исходного несвязного дисперсного грунта смешивают вместе в смесителе. Перемешанный синтезированный несвязный дисперсный грунт будет иметь модуль деформации Е_Σ.

Образец реализации предложенного способа на примере получения несвязного дисперсного грунта с модулем деформации Е_Σ=1,85 МПа приведен в таблице 1.

Используя формулу 1, опытным путем определяем содержание каждой фракции в грунте, которые обеспечивают заданную деформацию грунта. Расчеты приведены в таблице 1.

Для определения состава несвязного дисперсного грунта, который бы имел требуемую величину сцепления С_Σ (например, С_Σ=5,37 кПа), отобранный несвязный дисперсный грунт с помощью сит разделяют на отдельные фракции. Далее определяют сцепление C_i каждой выделенной i-й фракции (ГОСТ 12248-96 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости немерзлых грунтов», стр. 2, п. 5.1 «Метод одноплоскостного среза»). Методом подбора определяется относительное содержание (доля) A_i каждой i-й гранулометрической фракции в несвязном дисперсном грунте с заданной величиной сцепления С_Σ. На заключительном этапе определенные количества фракций исходного несвязного дисперсного грунта смешивают вместе в смесителе. Вновь синтезированный несвязный дисперсный грунт будет иметь сцепление С_Σ.

Также используя формулу 1, опытным путем определяем содержание каждой фракции в грунте, которые обеспечивают требуемую величину сцепления С_Σ грунта, приведены в таблице 2.

Таким образом, предложенный способ регулирования деформационных свойств несвязного дисперсного грунта позволяет избавиться от следующих недостатков: не требуется применение дополнительных технологий, которые бы обеспечивали как изменение сцепления С и угла ϕ внутреннего трения дисперсного материала, так и неизменность характеристик сцепления С и угла ϕ внутреннего трения дисперсного материала в условиях реального строительного производства в сложных природно-климатических условиях. Разрабатываемый способ позволяет регулировать деформационные свойства несвязного дисперсного грунта при устройстве оснований зданий и сооружений без использования специализированного оборудования, дополнительных материалов и специальных добавок, рационально использовать строительные материалы.

Таким образом, с помощью разрабатываемого способа возможно избавиться от следующих недостатков: не требуется применение дополнительных технологий, которые бы обеспечивали как изменение сцепления С и угла ϕ внутреннего трения дисперсного материала, так и неизменность характеристик сцепления С и угла ϕ внутреннего трения дисперсного материала в условиях реального строительного производства в сложных природно-климатических условиях. Разрабатываемый способ позволяет регулировать деформационные свойства несвязного дисперсного грунта при устройстве оснований зданий и сооружений без использования специализированного оборудования, дополнительных материалов и специальных добавок, рационально использовать строительные материалы.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при исследовании деформационных свойств несвязного дисперсного грунта при устройстве оснований зданий и сооружений из несвязного дисперсного грунта с требуемыми деформационными свойствами. Способ регулирования деформационных свойств несвязного дисперсного грунта, в котором первоначально грунт разделяют на фракции с помощью сит, определяют деформационную характеристику χ_i каждой гранулометрической фракции грунта, выделенной на предыдущем этапе, затем на основе полученных деформационных характеристик χ_i каждой гранулометрической фракции грунта методом подбора определяют относительное содержание (долю) А каждой гранулометрической фракции в новом несвязном дисперсном грунте с требуемой деформационной характеристикой χ_Σ так, чтобы выполнялось условие:

где χ_Σ - требуемая деформационная характеристика нового несвязного дисперсного грунта;

A_i - относительное содержание (доля) i-й гранулометрической фракции в новом несвязном дисперсном грунте с требуемой деформационной характеристикой определяется подбором так, чтобы выполнялось условие: ΣA_i=1 (сумма долей (относительное содержание) отдельных фракций в новом несвязном дисперсном грунте равна единице);

χ_i - деформационная характеристика i-й гранулометрической фракции грунта. Технический результат состоит в снижении трудоемкости и материалоемкости определения деформационных свойств несвязного дисперсного грунта. 1 ил., 2 табл.

Способ регулирования деформационных свойств несвязного дисперсного грунта, отличающийся тем, что первоначально грунт разделяют на фракции с помощью сит, определяют деформационную характеристику χ_i каждой гранулометрической фракции грунта выделенной на предыдущем этапе, затем на основе полученных деформационных характеристик χ_i каждой гранулометрической фракции грунта методом подбора определяют относительное содержание (долю) А каждой гранулометрической фракции в новом несвязном дисперсном грунте с требуемой деформационной характеристикой χ_Σ так, чтобы выполнялось условие:

где

χ_Σ - требуемая деформационная характеристика нового несвязного дисперсного грунта;

A_i - относительное содержание (доля) i-й гранулометрической фракции в новом несвязном дисперсном грунте с требуемой деформационной характеристикой определяется подбором так, чтобы выполнялось условие: ΣA_i=1 (сумма долей (относительное содержание) отдельных фракций в новом несвязном дисперсном грунте равна единице);

χ_i - деформационная характеристика i-й гранулометрической фракции грунта.