способ возведения земляного сооружения на слабых природных основаниях

Формула изобретения

1. Способ возведения земляного сооружения на слабых природных основаниях преимущественно для железных и автомобильных дорог, включающий выполнение в грунте основания и армирующего устройства и размещение насыпи поверх армирующего устройства с виброуплотнением, отличающийся тем, что на просадочных грунтах, имеющих значительную глубину, для армирующего устройства в просадочном грунте сооружают вертикальные ленточные геодрены и геосваи в виде выемок, в которые вводят армирующий материал, обеспечивающий одновременно фильтрацию грунтовой жидкости, причем в выемки вертикальных ленточных геодрен и геосвай армирующий материал вводят с вибропогружением и сочетают его с поверхностным уплотнением грунтов.

2. Способ возведения земляного сооружения по п.1, отличающийся тем, что выемку геосвай заполняют отсыпкой порциями, при этом виброуплотняют каждую отсыпанную порцию.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что размещение геодрен в плане выполняют в виде ромба или квадрата с шагом от 1 до 3 м.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что размещение геосвай в плане выполняют в виде ромба или квадрата с шагом от 6,0 до 8,5 м.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к дорожному строительству, а точнее касается способа возведения земляного сооружения, преимущественно для железных и автомобильных дорог, сооружаемого на слабом природном основании, преимущественно составленном из просадочных грунтов на значительную глубину порядка 30 метров.

Способ может быть использован также при сооружении дамб, плотин и т.п.

Известен способ сооружения дорожного земляного полотна на слабом основании с устройством бетонных или цементогрунтовых жестких свай (Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах. - М., Информавтодор, 2004, с.77-89).

Известный способ имеет недостатки, проявляющиеся в значительном потреблении цемента и использовании тяжелых железобетонных конструкций.

Кроме того, ввиду различной несущей способности в межсвайном пространстве возможны неравномерные осадки и разрывы геотекстиля как гибкого ростверка.

Наиболее близким является известный способ возведения дорожного полотна, преимущественно на слабых грунтах (патент РФ №2273687), при котором выполняют основание в грунте, водоотводные канавы вдоль основания и располагают на основании армирующее устройство. Поверх армирующего устройства сооружают насыпь. Для армирующего устройства делают дренажные прорези поперек дорожного полотна с расчетным шагом и шириной, определяемыми достижением консолидации грунтов в строительный период, и глубиной до уровня грунта, обладающего фильтрационными свойствами и достаточной несущей способностью. Дренажные прорези засыпают песчано-гравиевой смесью и располагают на них армирующую прослойку, обеспечивающую одновременную фильтрацию жидкости во всех направлениях без изменения свойств армирующей прослойки при увеличении нагрузок на дорожное полотно. Армирующую прослойку засыпают песчано-гравиевой смесью, которую уплотняют, а затем на нее отсыпают насыпь слоями. Каждый отсыпанный слой уплотняют виброуплотнением.

Известный способ имеет недостатки, проявляющиеся в недостаточности уплотнения грунтов для получения надежного устройства железных, автомобильных дорог, дамб, плотин и т.п., сооружаемых на слабом природном основании, преимущественно составленном из просадочных грунтов на значительную глубину порядка 30 м.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача повышения надежности устройства земляных сооружений для железных, автомобильных дорог, дамб, плотин и т.п., сооружаемых на слабом природном основании, преимущественно составленном из просадочных грунтов на значительную глубину порядка 30 м.

Технический результат - упрочнение слабых оснований, преимущественно из просадочных грунтов путем сооружения армирующего устройства, содержащего геодрены и геосваи с глубинным уплотнением грунтов.

Поставленная задача решается тем, что в способе возведения земляного сооружения на слабых природных основаниях, преимущественно для железных и автомобильных дорог, включающем выполнение в грунте основания и армирующего устройства и размещение насыпи поверх армирующего устройства, с виброуплотнением, на просадочных грунтах, имеющих значительную глубину, для армирующего устройства в просадочном грунте сооружают вертикальные ленточные геодрены и геосваи в виде выемок, в которые вводят армирующий материал, обеспечивающий одновременно фильтрацию грунтовой жидкости, причем в выемки вертикальных ленточных геодрен и геосвай армирующий материал вводят с вибропогружением и сочетают его с поверхностным уплотнением грунтов. Целесообразно, чтобы выемку геосвай заполняли бы отсыпкой порциями, при этом виброуплотняли каждую отсыпанную порцию. Размещение геодрен в плане выполняют в виде ромба или квадрата с шагом от 1 до 3 м.

Размещение геосвай в плане выполняют в виде ромба или квадрата с шагом от 6,0 до 8, 5 м.

В дальнейшем изобретение поясняется чертежами на которых:

На фиг.1 изображен поперечный профиль земляного сооружения дорожного полотна, согласно изобретению.

На фиг.2 изображен план армированного основания и проходов для виброкатка.

Фиг.3а-3б иллюстрируют сооружение геодрен и устройства для сооружения. Фиг.4а-4б иллюстрируют сооружение геосвай и устройства для сооружения.

Фиг.5 иллюстрирует глубинное уплотнение геосваи поэтапно в сочетании с виброуплотнением основания.

Земляное сооружение возводят следующим образом.

На очищенной от кустарников и деревьев полосе отвода вырезают почвенно-растительный слой (фиг.1). Предпочтительная глубина вырезки 0,3-0,5 м. Вырезанный почвенно-растительный слой заменяют на дренирующий слой 1 из песчано-гравиевой смеси (далее ПГС) и геотекстиль 2.

По бокам полосы отвода устраивают дренажные канавы 3. Глубину и ширину дренажных канав 3 определяют согласно регламентированным гидрологическим условиям местности и фильтрационным характеристикам грунтов. Дренажные канавы 3 могут быть заполнены ПГС.

Полученную площадку разбивают под установку вертикальных ленточных геодрен 4 и геосвай 5.

Для этого сначала разрабатывают план армированного основания и проходов для виброкатка (фиг.2).

Устройство вертикальных ленточных геодрен и геосвай осуществляют для упрочнения грунтов слабого основания. В зависимости от свойств просадочных грунтов и его глубины вертикальные ленточные геодрены и геосваи могут быть опертыми (на всю мощь, до минерального дна) и висячими.

Устройство геодрен и геосвай служит также для снижения обводненности и дренажа поровой воды.

Решающим фактором в назначении расстояния между геодренами и геосваями являются фильтрационные свойства грунтов.

Размещение вертикальных ленточных геодрен 4 в плане выполняют в виде ромба или квадрата с предпочтительным шагом 6 от 1,0 до 3,0 м.

Размещение геосвай 5 в плане выполняют также в виде ромба или квадрата с предпочтительным шагом 7 от 6 до 8,5 м.

Затем с поверхности подготовленного основания сначала осуществляют устройство вертикальных ленточных геодрен 4, а затем устройство геосвай 5. Для устройства вертикальных ленточных геодрен 4 и геосвай 5 используют специальные устройства.

Устройство вертикальных ленточных геодрен 4 осуществляют с применением специального устройства (фиг.3а) на базе экскаватора.

Устройство для сооружения геодрен содержит мачту 9, на которую крепят полую обсадную трубу 10, поверх которой насаживают вибропогружатель 11. Внизу мачты 9 крепят рулонный дренаж 8, а через верх мачты 9 и внутри обсадной трубы 7 пропускают ленточную дрену 12, которую крепят к анкерному якорю 13. Анкерный якорь выполнен в виде металлической пластины с двумя отверстиями, за которые цепляют ленточную дрену 12.

Ленточная дрена 12 (фиг.3б) представляет собой композитный материал, состоящий из пластикового сердечника 14, обвернутого нетканым геотекстилем 15 для предотвращения заиливания сердечника. Ширина сердечника составляет порядка 100 мм, высота - 3-4 мм.

Устройство используют для сооружения вертикальной ленточной геодрены 4 следующим образом.

Анкерный якорь 13 с фиксированной дреной 12 вибропогружением обсадной трубы 10 вдавливают в слабое основание. Глубину вдавливания определяют свойства грунтов. Заглубление ведут до проектной отметки и оно может достигать прочных грунтов.

После достижения проектной глубины обсадную трубу 9 вынимают. Анкерный якорь 13 с ленточной дреной 12 оставляют в грунте как вертикальную ленточную геодрену 4.

Процесс устройства вертикальных ленточных геодрен 4 ведут в местах согласно плану.

Устройство для сооружения геосвай 5 (фиг.4а) осуществляют с применением машины 16 с виброоборудованием.

Виброоборудование состоит из мачты 17, на которой закреплена полая обсадная труба 18 с открывающимся конусом 19, установленным в нижней части обсадной трубы 18, и вибропогружателя, установленного над обсадной трубой 18 (не показан).

Диаметр полой обсадной трубы составляет от 300 до 900 мм.

Устройство используют для сооружения геосвай 5 следующим образом.

Погружают в грунт обсадную трубу 18 вибропогружателем на проектную глубину. Затем заполняют через верх пространство обсадной трубы 18 материалом: песком, ПГС, щебнем и т.п.

Подачу обеспечивают, например, конвейером (на фиг.4а не показан).

После заполнения открывают конус 19 и вынимают обсадную трубу 18 с вибрированием вибропогружателя для равномерного уплотнения образуемой геосваи 5 по всей глубине.

Целесообразно заполнять геосваю отсыпкой материала порциями, при этом виброуплотнять каждую отсыпанную порцию (фиг.5).

После засыпки каждой отдельной порции материала открывают конус 19 и медленно извлекают обсадную трубу 18 на глубину засыпки. Затем конус 19 закрывают. Засыпанную порцию уплотняют вибрированием. После этого открывают конус 19 и повторяют операцию до полного сооружения геосваи 5.

Сооружение вертикальных ленточных геодрен 4 и геосвай 5 выполняют в сочетании с поверхностным виброуплотнением грунтов виброкатком с поверхности основания.

При возведении земляного сооружения над геодренами 4 и геосваями 5 делают дренажный слой 20 из песчано-гравиевой смеси, армированной геотекстилем, обеспечивающим фильтрацию воды во всех направлениях без изменения свойств армирующего устройства под нагрузкой.

Дренажный слой уплотняют виброкатком в регулируемом режиме до достижения заданной фильтрационной консолидации основания, затем отсыпают слоями насыпь 21, при этом каждый отсыпанный слой уплотняют виброуплотнением.

Предлагаемый способ был экспериментально применен и дал хороший результат упрочнения слабого основания при сооружении участка дорожных подходов к мостовому переходу через р. Каму для насыпи высотой от 6 м до 8 м с мощностью слабого основания от 4 м до 9 м.

При виброуплотнении проводили коррекцию вибронагрузки для выбора оптимального режима уплотнения и расчетного коэффициента безопасности.