СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ НЕСВЯЗНОГО ДИСПЕРСНОГО ГРУНТА
METHOD FOR REGULATING DEFORMATION PROPERTIES OF NON-COHESIVE DISPERSED SOIL

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для устройства оснований зданий и сооружений из несвязного дисперсного грунта с требуемыми деформационными свойствами.
Из существующего уровня техники известен способ усиления грунтового основания, включающий укладку армирующих элементов, послойную отсыпку грунта с последующим инъецированием раствора наполнителя через выпуски в полость армирующих рукавных элементов. На отсыпанный грунт в качестве армирующих элементов укладывают протяженные рукавные элементы из полупроницаемой полимерной ткани или стеклоткани, при этом инъецирование твердеющего или консистентного раствора наполнителя производят в полость рукавного элемента до проникновения раствора в поры ткани армирующего элемента и цементации контактной зоны грунтового основания или до разрыва ткани и заполнения пустот в окружающем грунте. В качестве твердеющего или консистентного раствора могут инъецировать, соответственно, цементный раствор или раствор бентонитовой глины. Инъецирование раствора наполнителя могут производить посредством инъекторной трубки, размещенной в полости рукавного элемента. В полость рукавного элемента могут вставлять плоский или объемный металлический или синтетический арматурный каркас из прядевой или стержневой арматуры (RU 2333318  С1, МПК E02D 17/20, E02D 3/00,  опубл. 10.09.2008). Недостатками данного способа являются: необходимость использования армирующих элементов, твердеющего или консистентного раствора наполнителя, а также специализированного инъекторного оборудования.
Также известны мероприятия (СП 22.13330.2011 «СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений», п. 5.9 «Мероприятия по уменьшению деформаций оснований и влияния их на сооружения»), направленные на преобразование строительных свойств грунтов, которое достигается:
а) уплотнением грунтов (трамбованием тяжелыми трамбовками, устройством грунтовых свай, вытрамбовыванием котлованов под фундаменты, предварительным замачиванием грунтов, использованием энергии взрыва, глубинным гидровиброуплотнением, вибрационными машинами, катками и т.п.);
б) полной или частичной заменой в основании (в плане и по глубине) грунтов с неудовлетворительными свойствами подушками из песка, гравия, щебня и т.п.;
в) устройством насыпей (отсыпкой или гидронамывом);
г) закреплением грунтов (инъекционным, электрохимическим, буросмесительным, термическим и другими способами);
д) введением в грунт специальных добавок (например, засолением грунта или пропиткой его нефтепродуктами для ликвидации пучинистых свойств);
е) армированием грунта (введением специальных пленок, сеток и т.п.).
Недостатками данных способов являются: нерациональное использование энергоемкого оборудования для уплотнения грунта; нерациональное использование имеющихся строительных материалов как при полной или частичной замене грунта в основании здания, сооружения, так и при устройстве насыпей; необходимость использования специализированного оборудования, специальных добавок или армирующих элементов для закрепления грунтов.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ регулирования деформационных свойств дисперсного материала, включающий изменение доли остаточных деформаций, сцепления между частицами дисперсного материала и передачу на него деформирующего воздействия. При этом до передачи деформирующего воздействия устанавливают зависимость доли остаточных деформаций К от сцепления С и угла ϕ внутреннего трения, а затем в соответствии с установленной зависимостью изменяют долю остаточных деформаций К путем изменения любым известным способом сцепления С и угла ϕ внутреннего трения. (RU 2108570   С1, МПК G01N 33/24, E02D 3/00,  опубл. 10.04.1998).
Недостатком данного способа является необходимость использования дополнительных технологий (например, в натурных условиях осуществляют изменение С и ϕ, регулируя соотношение долей остаточных и упругих деформаций при приложении деформирующего воздействия на грунт), которые бы обеспечивали как изменение сцепления С и угла ϕ внутреннего трения дисперсного материала, так и неизменность вновь полученных характеристик сцепления С и угла ϕ внутреннего трения дисперсного материала в условиях реального строительного производства в сложных природно-климатических условиях.
Задачей изобретения является создание способа регулирования деформационных свойств несвязного дисперсного грунта, который не требует применения дополнительных технологий, которые обеспечивают как изменение сцепления С и угла ϕ внутреннего трения дисперсного материала, так и неизменность характеристик сцепления С и угла ϕ внутреннего трения дисперсного материала в условиях реального строительного производства в сложных природно-климатических условиях, позволяющего регулировать деформационные свойства несвязного дисперсного грунта при устройстве оснований зданий и сооружений без использования специализированного оборудования, дополнительных материалов и специальных добавок, рационально использовать строительные материалы.
В соответствии с ГОСТ 12248-96 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости» определяют следующие характеристики (для песков, относящихся к несвязном дисперсным грунтам):
- сопротивление грунта срезу τ;
- угол внутреннего трения ϕ;
- удельное сцепление с;
- модуль деформации Е;
- коэффициент поперечной деформации ν;
0
- коэффициент сжимаемости m;
str
- структурная прочность на сжатие p;
ν
- коэффициент фильтрационной консолидации c;
α.
- коэффициент вторичной консолидации с
i
i
Σ
Данный технический результат достигается тем, что в способе регулирования строительных свойств несвязного дисперсного грунта первоначально грунт разделяют на фракции с помощью сит, определяют деформационную характеристику χ каждой гранулометрической фракции грунта, выделенной на предыдущем этапе (ГОСТ 12248-96 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости», стр. 2, п. 5 «Методы определения характеристик прочности и деформируемости немерзлых грунтов»). Затем на основе полученных деформационных характеристик χ каждой гранулометрической фракции грунта методом подбора определяют относительное содержание (долю) А каждой гранулометрической фракции в новом несвязном дисперсном грунте с требуемой деформационной характеристикой χ так, чтобы выполнялось условие:
Σ
χ - требуемая деформационная характеристика нового несвязного дисперсного грунта;
i
i
A - относительное содержание (доля) i-й гранулометрической фракции в новом несвязном дисперсном грунте с требуемой деформационной характеристикой. Определяется подбором так, чтобы выполнялось условие: ΣA=1 (сумма долей (относительное содержание) отдельных фракций в новом несвязном дисперсном грунте равна единице);
i
χ - деформационная характеристика i-й гранулометрической фракции грунта.
i
Для обеспечения необходимых деформационных свойств несвязного дисперсного грунта при устройстве оснований зданий и сооружений на основе полученных значений относительного содержания (доли) A гранулометрических фракций в синтезируемом несвязном дисперсном грунте с помощью смесителей (мешалок) смешивают определенные подбором количества отдельных гранулометрических фракций исходного грунта.
На фиг. 1 схематично представлена последовательность действий при способе регулировании деформационных свойств несвязного дисперсного грунта.
i
i
Рассмотрим пример определения модуля деформации E и величины сцепления C.
Σ
i
i
Σ
Σ
Например, необходимо определить состав несвязного дисперсного грунта, который имел бы требуемую величину модуля деформации Е. Отобранный несвязный дисперсный грунт с помощью сит разделяют на отдельные фракции. Далее определяют модуль деформации E каждой выделенной i-й фракции по ГОСТ 12248-96 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости», стр. 14, п. 5.4 «Метод компрессионного сжатия». Методом подбора определяют относительное содержание (долю) A каждой i-й гранулометрической фракции в несвязном дисперсном грунте с заданной величиной модуля деформации Е. На заключительном этапе определенные количества фракций исходного несвязного дисперсного грунта смешивают вместе в смесителе. Перемешанный синтезированный несвязный дисперсный грунт будет иметь модуль деформации Е.
Σ
Образец реализации предложенного способа на примере получения несвязного дисперсного грунта с модулем деформации Е=1,85 МПа приведен в таблице 1.
Используя формулу 1, опытным путем определяем содержание каждой фракции в грунте, которые обеспечивают заданную деформацию грунта. Расчеты приведены в таблице 1.
Σ
Σ
i
i
Σ
Σ
Для определения состава несвязного дисперсного грунта, который бы имел требуемую величину сцепления С (например, С=5,37 кПа), отобранный несвязный дисперсный грунт с помощью сит разделяют на отдельные фракции. Далее определяют сцепление C каждой выделенной i-й фракции (ГОСТ 12248-96 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости немерзлых грунтов», стр. 2, п. 5.1 «Метод одноплоскостного среза»). Методом подбора определяется относительное содержание (доля) A каждой i-й гранулометрической фракции в несвязном дисперсном грунте с заданной величиной сцепления С. На заключительном этапе определенные количества фракций исходного несвязного дисперсного грунта смешивают вместе в смесителе. Вновь синтезированный несвязный дисперсный грунт будет иметь сцепление С.
Σ
Также используя формулу 1, опытным путем определяем содержание каждой фракции в грунте, которые обеспечивают требуемую величину сцепления С грунта, приведены в таблице 2.
Таким образом, предложенный способ регулирования деформационных свойств несвязного дисперсного грунта позволяет избавиться от следующих недостатков: не требуется применение дополнительных технологий, которые бы обеспечивали как изменение сцепления С и угла ϕ внутреннего трения дисперсного материала, так и неизменность характеристик сцепления С и угла ϕ внутреннего трения дисперсного материала в условиях реального строительного производства в сложных природно-климатических условиях. Разрабатываемый способ позволяет регулировать деформационные свойства несвязного дисперсного грунта при устройстве оснований зданий и сооружений без использования специализированного оборудования, дополнительных материалов и специальных добавок, рационально использовать строительные материалы.
Таким образом, с помощью разрабатываемого способа возможно избавиться от следующих недостатков: не требуется применение дополнительных технологий, которые бы обеспечивали как изменение сцепления С и угла ϕ внутреннего трения дисперсного материала, так и неизменность характеристик сцепления С и угла ϕ внутреннего трения дисперсного материала в условиях реального строительного производства в сложных природно-климатических условиях. Разрабатываемый способ позволяет регулировать деформационные свойства несвязного дисперсного грунта при устройстве оснований зданий и сооружений без использования специализированного оборудования, дополнительных материалов и специальных добавок, рационально использовать строительные материалы.