Изобретение относится к области строительства, в частности,к строительству оснований дорог и различны сооружений. Известен способ сооружения грунтовых оснований, включающий поочере ное уплотнение каждого вышележащего слоя Ц. Однако такой способ имеет высокую трудоемкость. Наиболее близким техническим решением к изобретению является спосо уплотнения слоистых, подстилаемых скальным грунтом оснований, включаю щий поверхностное вибрирование грун та. {2. Однако при осуществлении известного способа достигают уплотнения только близлежащих пов| рхностных слоев грунта, что впоследствии не избавляет основание сооружения от значительных послепостроечных осадок Целью изобретения является умень шение послепостроечной просадки грун Поставленная цель достигается тем что по предлагаемому способу перед .началом процесса вибрирования опреде ляют упругие, массовые и диссипативные свойства каждого грунтового слоя лежащего выше скального, по которым затем определяют спектр частот соб ственных колебаний системы вибра-тор-слой грунтового основания и вибрирование осуществляют с частотой колебаний, соответствующей максимальной собственной частоте колебаний одного из jcnpeB системы. На фиг, 1 схематично показано уплотняемое основание, разрез; на фиг. 2 - схема выполнения предлагаемого способа. Основание включает в себя насыпь . (дополнительный слой грунтового орнования железной дороги), отсыпку непосредственно на поверхностный осадочный слой 2, ниже которого находятся последовательно слой 3 сильно выветренных пород, слой 4 слабо выветренных пород и скальное основание 5. Уплотнение основания производят при помощи вибратора 6. Определяют упругие, массивные и диссипативные свойства каждого слоя грунтового основания и насыпи. Упругие свойства слоев грунта эквивалентны коэффициентам упругого сжатия (коэффициентом постели). Массовые свойства характеризуются величинами объемных масс слоев груита.
Диссипативные свойства характеризуют меру рассеяния энергии при колебаниях и определяются по известным методикам, например, по вибропрограмме затухающих колебаний либо по 1лощади динамической петли гистерези|Са.
Зная упругие, массовые и диссипати ныв аначения вибратора, по его технической характеристике определяют спектр частот собственных колебаний системы, которая включает в себя вибратор 6, насыпь 1 и слои грунтового основания 2-4. Устанавливают вибратор на насыпь и возбуждают колебанид вибратора с частотой, близкойк одной из собственных частот системы. При возбуждении колебаний, близких к величинам собственных частот системы, происходит нарастание амплитуды колебания частиц грунтового основания как проявление эффекта резонанса при совпадении частот вынужденных и собственных колебаний системы.
Для обеспечения максимального эффекта уплотнения слоя 2 грунтового основания, дающего наибольшую расчетную просадку, частота колебаний вибратора, а, следовательно, и форма . колебаний выбираются таким образом, чтобы контактные с данным слоем верхний 1 и нижний 3 слои грунтового основания колебсшись в противофазе. При этом эффективному уплотнению подвергаются все остальные слои грунтового основания с силу проявления эффекта.резонанса.
Пример. Для моделирования данной конкретной ситуации представляют вибратор и грунтовое основание как динамическую систему, наделенную упругими и массовыми свойствами. Для упрощения расчетов в данном случае не учитывают диссипативные силы (рассеяние энергии при колебаниях) , так как эти силы на определение диапазона резонансных частот влияют слабо, а учет диссипативных сил необходим при подборе мощности привода вибратора, где их влияние при ре- . зонансном режиме работы является весьма существенным.
Расчетная динамическая схема системы вибратор - грунтовое основание может быть представлена дискретной моделью, изображенной на фиг. 2.
Мз и Kt, модеНа фит. 2 М,, Ма,
лируют массовые, а С, Сг, Cj и С упругие свойства, соответственно, вибратора и насыпи 1, поверхностного осадочного слоя 2, слоя 3 сильно выветренных пород, слоя 4 слабо выветренных пород.
Система колеблется на неподвижном основании 5 {см. фиг. 1).
Р sin со t - возмущающая сила вибратора;
X,,,X,Xj и Xi,- перемещения соответствующих центров масс М, KI, Mj, М;.
Учитывая реальные размеры вибратора и принятые характеристики единицы измерения упругих свойств грунтов (кг/см -) , целесообразно в расчете оперировать относительными величинами массовых и упругих свойств и представлять их величины на единицу поперечного сечения находящегося под вибратором слоя грунтового основания. Дифференциальные уравнения свободных колебаний системы могут быть записаны следующим образом:
MiXi+C, (Xi- Х;.) О Л MiXt- СПХ,- Xi)+Ct (Xj.-Xj) О (1) MjXj-Cj (Xi-Xi)+Cj (Хз-Х,) 0 (Xj-X,,) + 0 Чтобы найти спектр собственных частот колебаний этой системы, примем решение уравнений (1) в виде: Xi f t
Xj Aj cos f t
(2) Xj АЗ cos j t Xi A cos j t
Здесь AI , Aj, АЗ и Ax, - амплитуды колебаний соответствующих центров масс М, МJ, Мз и Mi.
Стандартная процедура поиска собственных частот заключается в следующем решение (2) подставляют в систему (1) Получают уравнение четвертой степени относительно J), называемое частотным уравнением; четыре корня этого уравнения дают четыре частоты, соответствующие четырем нормгшьным формам колебания системы.
Для упрощения дальнейших выкладок с учетом того, что слабо выветренный грунт практически осадку не дает и может быть объединен со скальным основанием (его можно учесть при очень точных расчетах), система уравнений (1) после подстановки (2) может быть записана следующим образом: M,A,/-Ci (Ai-Aj.) 0л
C()-C(Ai Aj) 0
Ci ( АЗ) ОJ
Из первого и третьего уравнений находим:
С, Дг
CtA,
; ,,
MsP
. Подставляя эти выражения в уравнение
( 4- Мг.Аг + MjAj)jB о, (4) которое получается путем сложения уравнений (3), находим:
P M MtMjM - + ) i + (MiMj + MfMj) C,lp4 ( M + + Mj) 0.(5)
Это кубическое уравнение относительно f VI один из его корней f 0. Этот корень соответствует движению системы как жесткого тела без относительных смещений. Остальные два корня определяются из квадратного уравнения; М,МгМзр- CI(M,MJ + М,Мз) + С (MjMi + M,Mj) JJ + (M,+Mj+M})0. Определяем значения параметров М,, Mj, Mj, С|, Cj при следующих исходных данных: объемные массы насыпи 1р осадочного слоя 2 и сильно выветренных пород 3 равны соответст венно 2 г/см, 1,6 г/см, 1,7 г/см высота каждого слоя равна 3 м; коэф фициенты упругого сжатия или коэффи циенты постели слоев грунта соответ ственно равны: для насыпи 8 кг/см. для осадочного слоя 1 кг/см, сильно выветоенных пород У кг/см Учитывая, что при расчете систем /вибратор-грунтовое основание используют численное значение для масс в размере 1/3 от их полной величины, вычисляют значение колеблющихся масс: 200 г 0,2 кг м, 2 г MJ 1,6 г . 300у 160 г 0,16к |- 700 г м, 1,7 г . 300 0,17 кг. Численное значение коэффициентов жесткости С -f и Сг. совпадает с данны ми коэффициентов постели. Таким образом, получаем: С, 8 кг/см ; С 1 кг/см; Cj 9 к г/см . { Подставляя значение масс и коэффи циентов жесткости в формулу (6), получают следующее: 0,05/- Ll(0,03+0,035) + 8 (0,03 + + 0,035) 8-0,53 0. (7) Проведя необходимые преобразования, получают:
Л А
0,05J - 4 или Р - 20 /J + 80 О Р,- 5,5 f 15,1 i/c. Соответствующие частоты равны: ;0,4 с ri; 24 кол/мин. кол/мин. Для высшей формы колебаний (42кол/ мин) характерно встречное движение соседних слоев, что может обеспечить максимальное относительное смещение, а следовательно, и максимальную деформацию и уплотнение. Формула изобретения Способ уплотнения слоистого, подстилаемого скальным грунтом основания, включающий поверхностное вибрирование грунта, отличающийс я тем, что, с целью уменьшения послепостроечной просадки грунта, перед началом процесса вибрирования определяют упругие, массовые и диссипативные свойства каждого грунтового слоя, лежащего выше скального, по которым затем определяют спектр частот собственных.колебаний системы вибратор-слои грунтового основания и вибрирование осуществляют с частотой колебаний, соответствующей максимальной собственной частоте колебаний одного из слоев системы. Источники информации, принятые во внимание при ;экспертизе 1.Наставление по сооружению земляного полотна и верхнего строения пути , ч. Т, Земляное полотно, М., 1976, В помощь строителям , с. 170-192. 2.Данилова Н. Н. Технология строительного производства, М., Стройиздат, 1977, с. 80.
/////////////Y/////////7Y7/y
Фиг.г
