способ упрочнения грунтового основания дороги

Формула изобретения

1. Способ упрочнения грунтового основания дороги на основе пропускания импульсного знакопеременного постоянного тока через слой утрамбованной и увлажненной смеси измельченного грунта с неорганическими химическими добавками, повышающими его преимущественно щелочную составляющую, с последующей выдержкой упрочненного основания для стабилизации прочностных характеристик с периодическим увлажнением поверхности водой для защиты от пересыхания, отличающийся тем, что перед пропусканием импульсного знакопеременного постоянного тока последовательно формируют, по меньшей мере, два слоя смеси вышеуказанного типа, используя принцип уменьшения весовой доли химических неорганических добавок в смеси от верхнего слоя к нижнему.

2. Способ упрочнения грунтового основания по п.1, отличающийся тем, что процент уменьшения весовой доли неорганических химических добавок в смеси от верхнего слоя к нижнему составляет 10-30%.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области строительных технологий, а именно к технологиям упрочнения грунтовых оснований различных хозяйственных объектов: автомобильных дорог, хозяйственных площадок и т.п.

Сокращение стоимости и сроков возведения любого строительного объекта - одна из основных проблем любого инвестора во всем мире.

В России приняты долгосрочные программы развития, в частности сельского хозяйства, среди которых строительство инфраструктуры - площадки под технику и хозяйственные постройки, районные дороги и жилье для сельских жителей, строительные материалы и т.п.

Поэтому вопрос разработки высокопроизводительных, качественных, но дешевых технологий упрочнения грунтовых оснований, в частности грунтовых оснований дорог, решающих вышеуказанные задачи, - одна из актуальнейших проблем, т.к. использование классических методов упрочнения грунтовых оснований [1] требует весомых капиталовложений и времени.

Известна технология [2] упрочнения грунтового основания, заключающаяся в пропускании через обрабатываемую площадку со слоем утрамбованной смеси измельченного, увлажненного грунта с неорганической химической добавкой, повышающей щелочную составляющую грунта, постоянного электрического тока одного направления с последующей временной выдержкой обработанного грунта для стабилизации прочностных характеристик и периодическим увлажнением поверхности водой для защиты от пересыхания.

Недостатками данной технологии являлась нестабильность прочностных характеристик упрочненного грунта по площади обработки и низкая производительность процесса.

Известна технология [3] упрочнения грунтового основания, заключающаяся в пропускании через обрабатываемую площадку со слоем утрамбованной смеси измельченного увлажненного грунта с неорганической химической щелочной добавкой постоянного знакопеременного электрического тока с последующим периодическим увлажнением поверхности водой для защиты от пересыхания в течение времени выдержки грунтового основания для достижения заданных прочностных характеристик.

Недостатками данной электрохимической технологии являются:

- недостаточная стабильность прочностных характеристик грунта по площади обработки;

- низкая производительность вследствие больших трудозатрат на установку электрооборудования при обработке.

Вышеуказанная технология [3] взята автором в качестве прототипа разработанной как наиболее близкая по технической сути, так и по достигаемому технико-экономическому эффекту.

Задачей, которую автор ставил при разработке предлагаемой технологии упрочнения грунтовых оснований, являлось повышение стабильности прочностных характеристик упрочненного грунтового основания по площади обработки с одновременным повышением производительности и уменьшением затрат.

Поставленная задача решена в предлагаемой технологии упрочнения грунтового основания за счет того, что:

последовательно формируют, по меньшей мере, два слоя утрамбованной и увлажненной смеси измельченного грунта с неорганическими химическими добавками, повышающими его преимущественно щелочную составляющую, используя принцип уменьшения весовой доли добавок в смеси от верхнего слоя к нижнему, после чего производят пропускание импульсного знакопеременного постоянного тока с режимами однослойной технологии сразу через оба подготовленных слоя и далее выдерживают упрочненное основание в течение 5-10 дней для стабилизации прочностных характеристик с периодическим увлажнением поверхности водой для защиты от пересыхания.

Новыми существенными признаками предложенной технологии являются:

- последовательное формирование, по меньшей мере, двух слоев утрамбованной и увлажненной смеси измельченного грунта с неорганическими химическими добавками, повышающими его преимущественно щелочную составляющую;

- при формировании смеси в слоях исходят из принципа уменьшения весовой доли неорганических химических добавок в смеси от верхнего слоя к нижнему;

- пропускание импульсного знакопеременного постоянного тока производят сразу через оба подготовленных слоя с режимами для технологии однослойного грунтового основания.

В частном случае использования предлагаемой технологии новым существенным признаком является уменьшение весовой доли химических добавок в смеси от верхнего слоя к нижнему на 30-60%.

По мнению автора, несмотря на известность многослойных оснований в строительной технике из механически уплотняемых материалов разной прочности (грунт, песок, щебень и т.п.), предложенная технология упрочнения грунтового основания из нескольких слоев утрамбованной и увлажненной смеси измельченного грунта с неорганическими химическими добавками, преимущественно щелочными, весовая величина которых в результате одновременной обработки подготовленных слоев импульсным знакопеременным постоянным током определяет необходимый закон изменения прочности по толщине грунтового основания, авторам неизвестна.

А так как предложенная технология позволяет повысить стабильность прочностных характеристик упрочненного грунтового основания по площади обработки, по меньшей мере, до величин, сопоставимых с классическими методами упрочнения основания [1], по сравнению с которыми она значительно производительней и ниже по затратам, то вышеуказанные новые признаки можно считать существенными.

Реализация предлагаемой технологии описана ниже на примере строительства участка автомобильной дороги районного значения (5-4 категории).

Исходя из химического состава почвы, местоположения участка, заданной категории дороги, типа упрочняемого грунта в структуре дороги и условий среднего увлажнения обрабатываемого грунта рабочий слой грунта, обеспечивающий необходимые прочностные характеристики грунтового основания, берется 20-40 см с формированием из него двухслойного основания.

Для формирования многослойного (двухслойного) грунтового основания половину вынимаемого грунта (верхний слой) 10-20 см перемещают на одну сторону обочины, вторую половину (нижний слой) - на другую.

Дно образовавшейся выемки уплотняют, например, механическим катком в 2-5 проходов.

Возвращают нижний слой выбранного грунта в котлован, измельчают его фрезой до размера комков земли не более 7 мм и планируют автогрейдером.

Далее самоходным распределителем рассыпают неорганическую химическую щелочную добавку, например известь-пушонку, по спланированной поверхности нижнего слоя грунта в количестве 5-8% от веса измельченного грунта, что составляет 7-11 кг на 1 м² площади.

После этого фрезой смешивают известь с грунтом до равномерной консистенции, увлажняют смесь до влажности, соответствующей максимальной плотности скелета грунта, которую определяют по ГОСТ 22733-77 лабораторно.

Производят уплотнение подготовленного нижнего слоя путем механической укатки катком до степени уплотнения 0,97-0,99 по ГОСТ22733-77 (табл.22), измерение которого производится стандартными динамическими плотномерами и мерительными кольцами.

Далее аналогично повторяют все вышеуказанные операции с верхним слоем грунта, за исключением того, что известь-пушонку вносят в измельченный грунт верхнего слоя в сухом весе в количестве 7-14% от веса измельченного грунта, что составит 10-15 кг на 1 м² площади.

После укатки верхнего слоя смеси измельченной и увлажненной смеси грунта с неорганической химической добавкой до оговоренной выше степени механического уплотнения производят электрохимическое упрочнение подготовленных слоев будущего дорожного полотна путем пропускания через них импульсного знакопеременного постоянного тока с плотностью - 30-60 А/м², с количеством импульсов - 40-60 и частотой импульсов, соответствующей скорости перемещения агрегата с аппаратурой 0,8 км/час и 5-ю разнополярными катками -электродами с расстоянием между катками - 0,5-0,6 м.

После окончания обработки грунтового основания постоянным током производят выдержку (как и при однослойной технологии) упрочненного основания в течение 5-10 дней для стабилизации прочностных характеристик с периодическим увлажнением поверхности водой для защиты от пересыхания.

Предлагаемая технология реализуется при помощи обычной строительной техники и оборудования для пропускания постоянного знакопеременного тока, реализованного на базе изобретения [4].

В приложении 1 приведены экспериментальные графики изменения прочности образцов двухслойного упрочненного грунтового основания в зависимости от количества содержания неорганической химической добавки в виде гашеной извести в слое в процентах от веса грунта.

Из графиков видно:

1. При одинаковом проценте химической добавки в обоих слоях упрочненной двухслойной структуры показатели прочности верхнего слоя выше нижнего, т.е. прочность в полученной двухслойной структуре уменьшается от слоя к слою по глубине.

2. Допустимые для дорожного основания прочностные показатели (выше 30 кг/см²) обеспечиваются в верхнем слое упрочненной структуры при величине неорганической химической добавки от веса грунта в пределах 7-14%, что соответствует прочности 23-27 кг/см² - в нижнем.

3. Несмотря на некоторое повышение прочности верхнего слоя упрочненной структуры при дальнейшем повышении процента содержания в нем химической добавки увеличение химической добавки более 14% экономически нецелесообразно.

4. С учетом закона распределения прочности насыпного многослойного дорожного полотна с укаткой слоев по классической технологии (земля, песок, щебень, известняк и т.п.) допустимый диапазон прочностей структуры нижнего слоя в разработанной технологии обеспечивается при количестве химической добавки в смеси от 5 до 8%, что доказано многолетней работой в рамках организованной строительной организации. Увеличение химической добавки более 8%, так же как и для верхнего слоя, несмотря на некоторое повышение прочности экономически нецелесообразно.

Аналогичные закономерности имеют место и в других типах грунтов.

Из приведенного приложения видно, что прочностные характеристики синтезированной структуры, которая получается в результате электрохимических и других процессов, происходящих в слоях подготовленной по технологии грунтовой смеси при пропускании импульсного постоянного знакопеременного тока, имеют приемлемый для практического использования характер.

Так, уменьшение доли неорганической химической добавки в слоях от верхнего к нижнему в диапазоне 10-30% обеспечивает в полученной упрочненной структуре на основе исходного грунтового основания как закон изменения прочности, обеспечиваемый при строительстве многослойного основания по классической технологии [1], так и требования по влагоустойчивости слоев по ГОСТа 23558-94 М10.

Технический эффект, изложенный в заявке, подтвержден испытаниями серии опытных образцов, проведенный в ОАО «СОЮЗДОРНИИ» в г.Балашихе Моск. обл. (см. Приложение 2).

В настоящее время автором совместно с одной из дорожных строительных организаций республики Коми проводится работа по промышленной реализации предложенной технологии.

Литература

1. Васильев М.В. Автомобильные дороги. М.: Транспорт, 1982 г.

2. А.с. СССР № 66750 от 12.02.1944 г. МПК: E02D, 3/12, «Способ электрохимического закрепления грунтов», автор: М.М.Кудрявцева.

3. А.с. СССР № 100527 от 18.11.1943 г. МПК: E02D, 3/12, «Способ укрепления грунтов». Всесоюзный институт гидрологии и инженерной геологии. Авторы: Г.В.Богомолов, А.С.Коржуев и М.М.Кудрявцева.

4. А.с. СССР № 99251 от 20.11.1953 г. МПК: E02D, 3/12, «Самоходная установка для электростабилизации грунта». Авторы: В.И.Борисов, А.С.Морозов, Ф.Ф.Артюхин.