Технология и оборудование для устройства грунтоцементных свай-дрен для улучшения несущей способности дорожного полотна

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВО "Саратовский государственный технический университет имени Ю.А. Гагарина"

ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ГРУНТОЦЕМЕНТНЫХ СВАЙ-ДРЕН ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ДОРОЖНОГО ПОЛОТНА

О.Л. Кузнецова

г. Саратов

Аннотация

При строительстве автомобильных в ряде случаев возникает необходимость увеличения несущей способности слабых оснований дорожных насыпей. В статье приводится описание нового оборудования с коническим секторным штампом для изготовления вертикальных свай-дрен из грунтоцемента, обосновывается эффективность применения оборудования для работ по увеличению несущей способности дорожного полотна.

Ключевые слова: вертикальный дренаж, свая-дрена, оборудование для изготовления свай-дрен, секторный конический штамп

In construction of roads in some cases there is a need to increase the bearing capacity of weak bases of road embankments. In the article the description of new equipment with conical pie stamp for making vertical piles-drains from gruntiest, justified justified the effectiveness of the equipment for increase of the bearing capacity of the roadway.

Key words: vertical drain, pile-drain, equipment for production pile- drains, sector conical stamp

Проблема увеличения несущей способности слабых оснований приобретает самостоятельное звучание и особую актуальность в случаях реконструкции участков автомобильных дорог, расположенных на слабых основаниях, когда требуется повысить капитальность дорожных одежд и жесткость дорожной конструкции в целом. Поэтому при строительстве автомобильных в ряде случаев возникает необходимость увеличения несущей способности слабых оснований дорожных насыпей. Для этих целей весьма эффективной оказалась использование конструкции из вертикальных песчаных свай-дрен, которые не только ускоряют процессы консолидации слабых грунтов основания, но изменяя условия работы грунта в слабом основании инженерных сооружений, способствуют уменьшению величины их конечных осадок. Это явление объясняется проявлением свайного эффекта, возникающего в слабом основании при наличии песчаных дрен, которые создают дополнительную несущую способность основанию автомобильной дороги.

В настоящее время в строительной практике для устройства вертикальных дрен могут применяют следующие технологии и оборудование:

- пробивка скважины специальным рабочим органом и засыпка скважины песком;

- вибропогружение обсадной трубы с раскрывающимся наконечником, ее заполнение песком и извлечение трубы;

- бурение скважин и засыпка их песком;

- погружение дренажных лент.

Все перечисленные технологии требуют применение бурильного оборудования для образования скважин и специального оборудования для засыпки их песком. Использование большого количества оборудования делает работы по возведению вертикальных свай-дрен дорогостоящими и низкопроизводительными. Кроме того, песчаные сваи-дрены постепенно размываются почвенными водами и перестают выполнять функцию водоотведения.

В Саратовском Государственном Техническом Университете имени Гагарина Ю.А. на кафедре "Строительные и дорожные машины и оборудование" проводились исследования оборудования для изготовления грунтоцементных свай. Новый способ изготовления грунтоцементных свай заключается в применении секторного конического штампа, совершающего сферическое движение (рисунок 1) [1,2,3]. Эффективность применения данного рабочего органа для изготовления грунтоцементных свай позволила предложить его для возведения вертикальных свай-дрен.

Рисунок 1 - Оборудование для изготовления свай-дрен из грунтоцемента на базе экскаватора

Рисунок 2 - Конический секторный рабочий орган для изготовления грунтоцементных свай-дрен

Оборудование для изготовления вертикальны свай-дрен состоит из серийно выпускаемой буровой установки или экскаватора и рабочего органа оригинальной конструкции (рисунок 1).

Рабочий орган выполнен в виде конического секторного штампа (рисунок 2)При вращении полого вертикального вала 1 в сторону, обеспечивающую погружение рабочего органа, штамп под действием приложенного осевого усилия, производит послойную срезку и измельчение грунта заостренными кромками секторов 5. Одновременно в рабочую зону через патрубки 3 подается цементный раствор, который смешивается с разрыхленным грунтом. Дополнительное смешивание грунта с цементным раствором также обеспечивается лопастями 2, расположенными на валу 1.

При вращении вертикального вала в противоположном направлении происходит растормаживание обгонной муфты 4, при этом штамп начинает совершать вращения вокруг собственной оси, которая отклонена от оси приводного вала 1.

При одновременном воздействии на орган вертикальной статической нагрузки (уплотняющего усилия) и прецессирующего движения происходит периодическое накатывание секторов штампа на грунт, просыпающийся небольшими порциями в межсекторное пространство. Послойно, порциями уплотняя под собой грунт, рабочий орган, преодолевая уплотняющее усилие, постепенно выходит на поверхность, оставляя под собой столб уплотненного грунта - грунтовую сваю. Далее производится уплотнение следующего слоя.

В результате образуется тело сваи с более высоким коэффициентом фильтрации, чем окружающий грунт, следовательно, может осуществляться процесс дренирования. Кроме того, цементация грунта предотвратит размывание материала сваи, что делает её более долговечной, чем песчаные сваи-дрены. дорожный насыпь свая грунтоцемент

В настоящее время проводятся исследования нового оборудования для изготовления свай-дрен [4]. Целесообразность использования грунтоцементных свай, выполненных с применением секторного конического штампа, для возведения свай-дрен подтверждается сравнением коэффициента фильтрации грунтовых вод грунтоцементного материала и используемого в настоящее время песчаного заполнителя. Результаты исследований показали, что коэффициент фильтрации уплотненного грунтоцементного материала составляет 0,498•10^-5 см/сек, что соответствует коэффициенту фильтрации песка, используемого для заполнения сваи-дренны. Такие показатели грунтоцементного материала свидетельствуют об эффективности применения нового рабочего органа для возведения свай-дрен. Кроме того, предлагаемый способ позволяет исключить применение большого количества вспомогательных машин, что позволить снизить стоимость изготовления дренажных систем для повышения несущей способности дорожного полотна.

Библиографический список

1. Кузнецова О.Л., Кузнецов С.В., Танчик В.Е. Новые технологии и оборудование для укрепления потенциально нестабильных грунтов// Применение и фундаментальные исследования: тезисы докладов 2 Международной академической конференции, Сент-Луис. Миссури. США. -2013. - С.204-208

2. Кузнецова О.Л., Кузнецов С.В. Экспериментальные исследования ресурсосберегающей технологии крепления потенциально неустойчивых грунтовых массивов // Экология: синтез естественнонаучного, технического и гуманитарного знания: материалы ЙЙЙ Всерос. научн. практ. форума - Саратов: СГТУ,2012 - С.51-52

3. Кузнецов С.В. Новая технология и оборудование для стабилизации потенциально неустойчивых грунтовых массивов//Вестник развития науки и образования - 2014, №1.- С.19-24

4. Лопатников А.В., Кузнецова О.Л. Новое оборудование для устройства вертикального дренажа из свай-дрен при возведении дорожного полотна// Научная мысль. - 2016. №3. -С.182-186

Размещено на Allbest.ru