Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ
СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ

СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение позволяет повысить эффективность уплотнения песчаных грунтов и уменьшить энергоемкость виброуплотняющей установки за счет оптимальной частоты работы вибратора, определяемой с учетом уплотняемых грунтов по предложенной формуле. 2 ил. 3 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2049854
Класс(ы) патента: E02D3/12
Номер заявки: 5039437/33
Дата подачи заявки: 22.04.1992
Дата публикации: 10.12.1995
Заявитель(и): Московский инженерно-строительный институт; Тюменский инженерно-строительный институт
Автор(ы): Дудлер И.В.; Конкин В.С.; Кушнир С.Я.; Нарбутик С.В.
Патентообладатель(и): Московский инженерно-строительный институт; Тюменский инженерно-строительный институт
Описание изобретения: Изобретение относится к строительству, в том числе к технической мелиорации песчаных грунтов.
Известен способ уплотнения массивов песков большой мощности, в том числе природного и техногенного образования, водонасыщенных, находящихся ниже уровня подземных вод или ниже поверхности водоемов, включающий вибропогружение в грунт на заданную глубину уплотняющего приспособления, вибрирование грунта на этой глубине, последующий подъем уплотнителя и периодическое, по мере подъема, повторное опускание его при непрерывной работе вибротора, при этом устройство для уплотнения содержит вибратор с присоединенным к нему приспособлением, которое выполнено в виде пространственной стержневой системы, состоящей из вертикальных и горизонтальных элементов. В зависимости от модификаций механизированных установок (в том числе, работающих на принципе гидровибрационного уплотнения грунтов) и разных типов применяемых вибраторов параметры вибрации различны (табл.1).
Недостатками известного технического решения являются следующие:
во-первых, применение вибраторов, характеристики которых не учитывают особенностей уплотняемых грунтов (в том числе собственных частот колебаний грунта и диапазона физико-механических свойств грунтов;
во-вторых, невозможность регулирования основных параметров колебаний (амплитуда, частота и, следовательно, ускорение) в процессе виброуплотнения грунтов для обеспечения использования оптимальных параметров вибрации, в том числе как при смене грунтов по составу и свойству в зоне (по глубине) уплотняемого массива, так и по мере изменения плотности грунтов под воздействием виброуплотнения;
в-третьих, использование вибраторов с заведомо завышенными характеристиками исключает возможность использования регистрируемых значений параметров вибраций, меняющихся по мере уплотнения грунтов, в качестве индикатора достигнутого уплотнения, и следовательно, регулирования, управления процессом виброуплотнения грунтов.
Целью изобретения является повышение эффективности глубинного виброуплотнения песчаных грунтов, уменьшение энергоемкости виброуплотняющих установок и реализация возможности управления процессом виброуплотнения грунтов на основе регистрации изменяющихся параметров вибрации под влиянием повышающейся плотности грунтов.
Экспериментально установлено, что при глубинном виброуплотнении пески максимально уплотняются при определенных параметрах вибраций, в том числе при совпадении частоты колебаний уплотняющей установки с собственной частотой уплотняемых грунтов.
Собственная частота колебаний песчаных грунтов в зависимости от их структурных особенностей, в том числе от крупности изменяется в диапазоне 15-30 Гц. Установлено, что при погружении стержневого уплотнителя в грунт последний совершает колебания в несколько раз меньше, чем сама виброустановка.
Для выбора вибратора с оптимальными характеристиками (параметрами), отвечающими характеристикам уплотняемых грунтов, необходимо использовать формулу
ωв K·ωгр где ωв частота колебаний вибратора, Гц;
ωгр частота собственных колебаний грунта, Гц;
К коэффициент затухания колебаний, зависящих от гранулометрического состава (дисперсности неоднородности сортированности), морфологии частиц песчаной размерности, плотности и упрочненности и др. характеристик.
При виброуплотнении свежеотсыпанных или свеженамытых неупрочнившихся песков, обладающих рыхлым сложением (Jα < 0,33) определяющее значение имеет крупность песка. По известным данным и проведенным авторами экспериментальных исследований установлены следующие значения собственных колебаний песков разной крупности, а также значения коэффициентов затухания колебаний и оптимальных частот колебаний вибратора которые приведены в (табл.2).
Таким образец, указанная цель достигается путем подбора оптимальных параметров вибратора для уплотняемого грунта.
При этом с целью повышения эффективности уплотнения и снижения энергоемкости виброустановки подбор оптимальных характеристик вибратора проводится с учетом реализуемых способов и технологии глубинного виброуплотнения, в том числе с применением предложенных авторами способов, отличающихся организацией отвода свободной воды из зоны уплотнения грунта и выбором оптимальных углов наклона пластинчатых элементов стержневого уплотнителя.
Предложенный способ может использоваться для уплотнения природных и техногенных грунтов в основании сооружений и в теле земляных сооружений. При этом его реализация возможна как при глубинном виброуплотнении, так и при послойном уплотнении виброплитами, виброкатками и др. механизмами.
На фиг.1 изображена схема, реализующая предлагаемый способ; на фиг.2 зависимость достигнутой плотности от частоты колебаний в приведенных ниже примерах 1, 2. На фиг.1 обозначено: 1 установка глубинного виброуплотнения с изменяемой частотой колебания, достигаемой применением зубчатой передачи 2 и изменением амплитуды колебания путем перемещения дебалансов 3.
П р и м е р 1. Уплотнялись намывные пылеватые пески мощностью 4 м, находящиеся в рыхлом водонасыщенном состоянии на намывной территории в г. Тюмени (S2 1; ρα 1,24 г/см3; Jα 0,08). Глубинное виброуплотнение песков проводилось установкой, включающей уплотняющее устройство, выполненное из трубы диаметром 159 мм, длиной 5 м, снабженной 24 горизонтальными пластинчатыми элементами (лопастями), размещенными на вертикальном элементе (трубе) с шагом 0,5 м. Размеры лопастей: длина 50 см, ширина 15 см, толщина 1 см. Лопасти были жестко закреплены горизонтально (α 0о, β 90о) фиг.1.
Вибрации передавались на грунт с помощью вибратора марки В-401А. Амплитуда и частота колебаний измерялась при помощи виброметра ВИП 2УхЛ4,2.
Используемый в виброметре преобразователь индукционный виброизмерительный Д-21А жестко соединялся с виброуплотнителем.
Уплотнение грунтов выполнялось на четырех режимах при следующих значениях частоты колебаний вибратора: 20, 50, 60 и 90 Гц. Собственная частота колебаний уплотняемого пылеватого песка принималась равной 30 Гц, коэффициент затухания колебаний 1,5 и, следовательно, оптимальная частота колебаний должна отвечать ωв 45 Гц (cм. табл.2, формулу).
Экспериментально были определены фактические значения частот колебаний уплотняемого грунта. Указанным выше режимам частот вибратора отвечали следующие значения частот колебаний грунта: 13, 33, 40 и 60 Гц, соответственно.
С целью регистрации завершенной консолидации правибрированного водонасыщенного пылеватого песка контрольное определение достигнутой плотности было проведено через трое суток после виброуплотнения. Результаты определений приведены в табл.3. Как видно, максимальная плотность песка была достигнута при частоте колебаний вибратора, близкой к оптимальной, рассчитанной по указанной формуле и табл.2 (фиг.2). При этом значительно возросла плотность и песок приобрел плотное сложение.
П р и м е р 2. Глубинное виброуплотнение проводилось на другом участке той же намывной территории также в пылеватых, рыхлых, водонасыщенных, свеженамытых песках. Все исходные данные были теми же, за исключением несколько более высокой начальной плотности песков (ρα 1,31 г/см3, Jα 0,201) и несколько измененными режимами вибрации по частоте колебаний вибратора и, соответственно, грунтов. Результаты исследований приведены в табл.3, в которой для сравнения указаны и данные по примеру 1. В данном случае также подтверждена правильность (объективность) установления оптимальной частоты колебаний вибратора по предложенному способу. Это наглядно видно и на фиг.2.
Таким образом, выполненные исследования подтвердили эффективность виброуплотнения песков при оптимальных частотах колебаний вибратора, определенных по указанным формуле и табл.2.
Контрольное виброуплотнение тех же песков виброустановкой ВУУП-4 c вибратором марки В-401 (параметры колебаний: А 5 мм, ωв 250 Гц) позволило уплотнить грунты только до значений ρα 1,58 160 г/см3 Jα= 0,7 0,73, что значительно ниже достигнутых по предлагаемому способу.
Энергоемкость виброуплотняющей установки при этом снизилась на 8% (в примере 1), 9% (в примере 2).
Формула изобретения: СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ, включающий вибропогружение в грунт до проектной отметки уплотняющего приспособления, выполненного в виде пространственной стержневой системы, состоящей из вертикальных и горизонтальных элементов, виброуплотнение на этой отметке, последующий подъем и периодическое повторное опускание уплотнителя на определенную глубину при непрерывной работе вибратора, отличающийся тем, что виброуплотнение проводят при работе вибратора с оптимальной частотой, которую выбирают с учетом характеристик уплотняемых грунтов и определяют по формуле
ωв.опт= K·ωгр,
где ωв.опт оптимальная частота вибратора, Гц;
ωгр собственная частота колебаний грунта, определяемая экспериментально, расчетом или принимаемая в зависимости от крупности песка: для крупных 15 Гц, средней крупности 20 Гц, мелких 25 Гц, пылеватых 30 Гц;
K коэффициент затухания колебаний, определяемый экспериментально или принимаемый в зависимости от крупности песка: для крупных 2, средней крупности 1,82, мелких 1,66, пылеватых 1,5.