Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ существующих технологий устройства насыпей транспортных сооружений на территориях промышленных предприятий 10
1.1 Особенности использования слабых водонасыщенных грунтов в основаниях насыпей транспортных сооружений 10
1.2. Технологии устройства насыпей транспортных сооружений на пучинистых грунтах 14
1.3. Особенности строительства насыпей транспортных сооружений на насыпных фунтах ] 7
1.4. Технологические требования к устройству транспортных сооружений на территориях промышленных предприятий 24
1.5. Выводы по главе 1 35
Глава 2. Расчет осадок насыпей транспортных сооружений на территориях промышленных предприятий при устройстве искусственных оснований 36
2,1. Технологии устройства искусственных оснований на слабых водонасыщенных глинистых грунтах 36
2.2. Расчет консолидации грунтов основания при устройстве песчаной подушки 38
2.3. Сопоставление результатов расчета консолидации слоя слабых водонасыщенных глинистых грунтов с данными натурных наблюдений 41
2.4, Технологии уплотнения грунтов основания земляных дамб внутриплощадочных дорог при устройстве вертикальных , дренажных прорезей 43
2.4,1. Задачи исследования
2.4.2. Расчет консолидации грунтов основания транспортных сооружений при применении вертикальных дренажных прорезей 44
2.4.3. Натурные экспериментальные исследования 49
2.4.4. Методика проведения опытов 50
2,5. Выводы по главе 2 53
Глава 3. Исследования особенностей уплотнения насыпных грунтов в основаниях внутриплощадочных дорог 54
3.1. Технология уплотнения насыпных грунтов в основании внутриплощадочных дорог 54
3.2. Методика проведения лабораторных исследований уплотняемых фунтов 59
3-3. Результаты исследования уплотнения при возведении насыпи транспортных сооружений по различным технологиям 64
3.4. Исследование эффективности глубинного уплотнения грунтов оснований транспортных сооружений грунтовыми и песчаными сваями 77
3.5. Выводы по главе 3 81
Глава 4. Исследование технологий устройства оснований внутриплощадочных транспортных сооружений в сложных грунтовых условиях 82
4.1. Исследование особенностей уплотнения песчаных грунтов при возведении внутриплощадочных транспортных сооружений 82
4.2. Технология уплотнения водонасыщенных грунтов с использованием негашеной извести и цементов ..
4.3. Особенности технологии уплотнения грунтов в основании внутриплощадочных транспортных сооружений в неудобных и труднодоступных местах 90
4.4. Технология устройства оснований внутриплощадочных транспортных сооружений с применением геотекстиля 98
4.5. Исследования эффективности поверхностного уплотнения грунтов в основании транспортных сооружений в зимнее время 106
4.6. Выводы по главе 4 114
Глава 5. Рекомендации по выбору технологии устройства внутриплощадо чныхтранспортных сооружений в сложных грунтовых условиях 116
5.1. Исследование эффективности использования грунтотрамбующих машин для объектов строительства внутриплощадочных транспортных сооружений..,.. 116
5.2. Технология устройства основания внутриплощадочных транспортных сооружений промышленных предприятий с удалением слабых грунтов 119
5.3. Предложения по предварительному выбору видов грунтов для устройства внутриплощадочных транспортных сооружений 126
5.4. Исследование технологий разработки грунтов при устройстве внутриплощадочных транспортных сооружений в зимних условиях !28
5.5. Выводы по главе 5 137
Основные выводы 139
Список использованной литературы 142
- Технологии устройства насыпей транспортных сооружений на пучинистых грунтах
- Расчет консолидации грунтов основания при устройстве песчаной подушки
- Методика проведения лабораторных исследований уплотняемых фунтов
- Технология уплотнения водонасыщенных грунтов с использованием негашеной извести и цементов
Введение к работе
Устройство внутренних транспортных сооружений промышленных предприятий, которые часто используются для обеспечения технологического процесса производства, является очень трудоемким процессом. Современные промышленные сооружения, такие как металлургические и химические комбинаты, заводы оборонной промышленности и др. занимают большие территории, иногда до нескольких квадратных километров. Эти территории имеют различный рельеф, различные грунтовые и гидрогеологические условия. В большинстве случаев для устройства автомобильных, железнодорожных и технологических дорог внутри промышленного объекта требуется производить большие объемы земляных работ (выемки, насыпи и т.д.). Наибольшие трудности встречаются, если территории промышленных предприятий во многих местах сложены слабыми водонасыщенными сильносжимае-мыми и малопрочными глинистыми и заторфованными фунтами. Известно много случаев аварий различных транспортных сооружений, расположенных на насыпях, которые используются в технологическом процессе промышленных предприятий.
При строительстве на слабых водонасыщенных грунтах промышленных комплексов основные промышленные цеха, дымовые трубы, водонапорные башни строятся на свайных фундаментах, которые полностью прорезают толщу слабых грунтов и заглубляются в нижние прочные отложения. Однако внутренние транспортные сооружения не строятся на сваях, а возводятся по различным методам и по различным технологиям, оставляя во многих случаях слабые грунты в основании этих сооружений.
Создание больших промышленных комплексов в 1930-1980 годах в нашей стране обычно производилось очередями в несколько этапов. В первую очередь строились несколько основных промышленных цехов и начиналась выпускаться продукция, а затем промышленное производство расширялось и
новые цеха сооружения (второй и третьей очереди) строились в расположенных рядом с существующим производством местах.
Часто в основаниях строящихся сооружений второй и третьей очереди находились слабые насыпные грунты, перемещенные ранее на эти площадки при строительстве промышленных сооружений первой очереди. Во многих случаях в основании сооружений оказывались и старые бытовые или промышленные свалки, которые относятся к группе «насыпных» грунтов.
При строительстве промышленных цехов второй и третьей очереди часто внутренние автомобильные дороги используются для перемещения груженного строительного автотранспорта, перевозки тяжелого оборудования и т.д. При этом давление, передаваемое на дорогу, иногда в несколько раз превышает давление для проектируемого технологического транспорта.
Анализ эксплуатации внутриплощадочных транспортных сооружений, расположенных на слабых грунтах, показал, что ежегодно промышленные предприятия расходуют огромные финансовые и материальные средства на их ремонт и реконструкцию. Это свидетельствует о том, что существующая практика проектирования и применяемые технологии при устройстве внутриплощадочных транспортных сооружений промышленных предприятий требуют усовершенствования.
При устройстве внутриплощадочных транспортных сооружений промышленных предприятий, расположенных на слабых грунтах, в большинстве случаев необходимо возвести грунтовые основания из насыпных грунтов. Толщина таких насыпей обычно составляет от 2 до 12 м. Причем эти слои изменяются в различных точках промплощадки-
Именно поэтому вопрос уплотнения насыпных грунтов, которые представлены самыми различными по составу грунтами с нарушенной структурой (пески, глины, суглинки, шлаки и т.д.), имеют различную влажность, является очень важной и сложной задачей. Анализ деформаций внутриплощадочных автомобильных дорог промышленных предприятий показал, что они произошли при больших неравномерных осадках или при потере устойчиво-
сти земляного полотна. Вопросы об уплотнении различных грунтов при укладке их в насыпи с различной влажностью полностью не изучены»
На многих промышленных предприятиях потери эксплуатационной пригодности внутриплощадочных транспортных сооружений произошли в результате неучета при их устройстве изменения свойств фунтов площадок при подтоплении, из-за повышения уровня подземных вод, при утечках из инженерных коммуникаций и других техногенных факторов.
Целью диссертационной работы явилась разработка эффективных технологий устройства внутриплощадочных транспортных сооружений в сложных фунтовых условиях (на слабых водонасыщенных глинистых грунтах, насыпных грунтах и т,д,).
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
исследованы свойства слабых водонасыщенных глинистых и насыпных грунтов;
изучены основные факторы, вызывающие деформирование и разрушение насыпей из слабых фунтов;
исследованы варианты технологических схем, осуществлен выбор оптимальной технологии производства работ по возведению насыпей в сложных фунтовых условиях;
разработана методика выбора структуры парка дорожно-строителъной техники для уплотнения и закрепления фунтов в основании транспортных сооружений;
разработана методика контроля качества уплотнения основания применительно к типу дорожно-строительной техники и фунтовым условиям;
разработаны рекомендации по выбору эффективной технологии на стадии проектирования производства работ по возведению насыпей из слабых и насыпных фунтов.
Научная новизна работы состоит в том, что:
- установлена зависимость между свойствами фунтов и технологией
производства работ по устройству насыпей транспортных сооружений;
- исследованы факторы, влияющие на устойчивость и долговечность
транспортных сооружений;
разработана методика оценки влияния условий формирования структуры насыпей в зависимости от вида и состояния фунтов, а также технологии производства работ;
получены количественные значения ряда технологических параметров;
разработаны нормативы и технологические требования, определяющие качество возводимых транспортных сооружений;
разработана методика проектирования технологий производства работ по устройству насыпей в сложных фунтовых условиях в летнее и зимнее время года.
Практическое значение работы заключается в следующем:
повышена достоверность прогноза неравномерных деформаций фунтов в основании внутриплощадочных транспортных сооружений на слабых и насыпных фунтах при различных технологиях производства работ;
установлены эффективные способы уплотнения фунтов с использованием различных видов дорожно-строительной техники;
разработан и внедрен в практику строительства внутриплощадочных транспортных сооружений комплекс конструктивных и технологических решений;
установлен ряд дорожно-строительной техники для возведения земляного полотна и при работе в выемках в процессе удаления слабых фунтов;
разработаны рекомендации по выбору эффективных технологий возведения насыпей на стадии технологического проектирования.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы бы-г ли доложены на научных конференциях в ЦНИИОМТП, МГСУ, ГАСИС, а также на заседаниях научно-технических советов ведущих дорожностроительных организаций.
Внедрение работы. Основные результаты научных исследований внедрены при разработке проектов и строительстве транспортных сооружений
на территориях промышленных предприятий Московской области, а также при реконструкции внутриплощадочных дорог на Западно-Сибирском металлургическом комбинате, на заводе трансформаторов в гЗапорожье (Украина).
Публикации. Основное содержание выполненных научных исследований изложено в учебном пособии и 15 научных статьях.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка использованной литературы, имеющей 115 наименований. Общий объем диссертации 152 страниц, в т.ч. 132 страниц машинописного текста, 28 рисунков и 6 таблиц.
На защиту выносятся следующие положения диссертации:
Результаты исследований основных причин потери эксплуатационной пригодности внутриплощадочных транспортных сооружений промышленных предприятий на слабых и насыпных фунтах, устроенных по различным технологиям,
Результаты теоретических, лабораторных и полевых исследований изменения деформационных, прочностных и фильтрационных свойств слабых в одо насыщенных и насыпных фунтов при различных технологиях их уплотнения и закрепления.
Обоснование методики выбора технологий производства работ и видов дорожно-строительной техники с учетом стесненности площадок строительства, мощностей и технических данных машин и оборудования, и залегания толщ слабых и насыпных фунтов в основаниях внутриплощадочных транспортных сооружений промышленных предприятий.
Результаты исследований комплексного применения различных технологий уплотнения и закрепления слабых и насыпных грунтов в основании внутриплощадочных транспортных сооружений.
Технологии разработки и предохранения от замораживания грунтов в зимнее время года при устройстве внутриплощадочных транспортных сооружений на слабых водонасыщенных фунтах.
Технологии устройства насыпей транспортных сооружений на пучинистых грунтах
Как показали многочисленные наблюдения и анализ преждевременного разрушения дорог промышленных предприятий одной из причин аварий является морозное пучение фунтов.
Наблюдения были проведены при строительстве и в период эксплуатации дорог на территориях с пучинистыми грунтами.
Пучинистыми или морозоопасными называются грунты, которые при промерзании увеличивают свой объем. В конкретно взятом участке силы пу чения, действующие при промерзании грунта, бывают нормальными (о) и касательными (х) [4, 5, 20, 25, 40,49]. 0 К пучинистым грунтам относят пески мелкие и пылеватые, суглинки и глины, а также крупнообломочные грунты с глинистым заполнителем, содержащие в своем составе более 30% (по массе) частиц размером менее 0,1 мм и промерзающие в условиях увлажнения [4, 5, 21, 24, 37, 48],
Согласно пособию по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83) (М. 1986), по степени морозоопасности (в зависимости от гранулометрического состава, природной влажности, глубины промерза-ния и уровня подземных вод) пучинистые грунты подразделяются на пять групп, приведенные в табл, 1.L
В основном пучинистые грунты характеризуются деформацией морозного пучения hr, равной высоте поднятия поверхности слоя промерзающего грунта, а также относительным пучением f, определяемым по отношению f = h, df(d, - слой промерзающего фунта, подверженного морозному пучению).
При строительстве на пучинистых грунтах применяется следующие ви-ды мероприятий по снижению деформаций от сил морозного пучения: инженерно-мелиоративные, конструктивные, тепловые и химические.
Подробно эти мероприятия изложены в соответствующих руководствах по проектированию и технологии физико-химического укрепления промерзающих и оттаивающих грунтов.
Основной причиной морозного пучения грунтов является наличие в них воды, способной переходить в лед при промерзании. Поэтому мероприятия, направленные на осушение грунтов, считаются важнейшими. Любое инже-нерно-мелиоративное мероприятие сводится либо к осушению грунтов, либо к недопущению их водонасыщению в зоне сезонного промерзания и ниже этой зоны на глубине 2,.,3 м.
В связи с тем, что с увеличением влажности увеличиваются силы морозного пучения, необходимо фунтовое основание максимально «обезводить» перед промерзанием.
При этом следует учитывать, что источниками увлажнения могут служить не только атмосферные осадки, но и подземные воды (при близком их расположении к фронту промерзания - за счет миграции влаги из нижележащих водо насыщенных грунтов), а также верховодка.
Наличие подземных вод на строительной площадке и расположение их уровня близко к дневной поверхности считается крайне неблагоприятным фактором при проектировании различных дорог и дорожных инженерных сооружений, так как именно это обусловливает способ производства работ по возведению дорог и дорожных сооружений и стоимость работ.
Особо следует отметить разновидность подземных вод - верховодку-Она отличается ограниченным распространением в плане, невыдержанным уровнем стояния подземных вод и встречается в толще грунта в виде отдельных очагов (линз), В толще сезоннопромерзающего грунта верховодка вызывает большую неравномерность морозного пучения грунтов и выпучивания фундаментов [1, 6, 30, 39, 48, 71, 75, 86, 99].
В пределах одного дорожного участка может встретиться несколько очагов верховодки и не только с различным уровнем стояния подземной воды, но и даже иногда напорной.
Если инженерно-мелиоративные мероприятия не позволяют «избавиться» от подземных вод и осушить грунты промерзающего слоя, то соответствующие руководства по проектированию на пучинистых фунтах рекомендуют проектировать конструктивные или теплотехнические мероприятия.
Как показывает опыт строительства и эксплуатации дорог в различных инженерно-геологических условиях при высоком уровне подземных вод и верховодке необходимо производить устройство подушки из песка или другого местного материала, обязательного подвергнутого противопучинистои стабилизации.
Морозное пучение при возведении внутриплощадочных дорог, когда в одном и том же месте и укрепляются слабые грунты и производится отсьшка верхних слоев основания, в натурных условиях полностью не изучено.
Насыпные грунты промышленных территорий состоят из самых различных материалов, включая природные грунты с нарушенной структурой, отходы различных производств и бытовые отбросы [\, 5, 26, 40, 47, 72, 76, 88, 100].
Несмотря на неоднородность состава в насыпном грунте, всегда удается выделить основную массу и включения, причем основная масса насыпного грунта, как правило, более однородна по составу и занимает большую часть объема насыпи. Также определение основной массы и включений весьма важно при изучении физико-механических характеристик и сжимаемости насыпного грунта [1, 4, 30, 41, 46, 73, 77, 87, 101].
На многих площадках встречаются насыпные грунты, практически однородные по своему составу и сложению, почти не отличающиеся от естественных отложений, поэтому пристальное внимание необходимо уделять проведению инженерно-геологических изысканий [17, 26, 53, 56, 80, 102],
Многочисленными исследованиями подтверждено, что по составу, сложению, давности отсыпки, насыпные грунты резко отличаются от естественных отложений. Если формирование структуры и уплотнение грунтов природного сложения происходили в течение длительного исторического периода, то в насыпных грунтах эти процессы происходят всего за несколько десятков лет или (в редких случаях) в течение столетий.
Расчет консолидации грунтов основания при устройстве песчаной подушки
Расчет уплотнения слабых водонасыщенных глинистых грунтов, фильт рация которых подчиняется закону Дарси (без начального градиента напора), структурная прочность сжатия которых равна нулю, а между деформациями и напряжением существует линейная зависимость, приведен в работах К.Терцаги, Н.А.Цытовича, М.Ю.Абелева, В.Д.Казарновского, АХ.Полуно-вского, Э.К.Кузахметовой, Г.Г.Тришина и др.
В результате многочисленных исследований М.Ю.Абелевым установле-но, что фильтрационная консолидация водонасыщенного глинистого грунта с ненарушенной структурой начинается только при таких нагрузках из. испытуемый образец, при которых в грунте возникает давление большее, чем величина структурной прочности сжатия. Отжатие поровой воды из уплотняемого слоя водонасыщенного грунта начинается при градиентах напора, больших величины его начального значения.
Рассмотрим уплотнение слоя водонасыщенного грунта толщиной h залс гающего под песчаной подушкой. В начальный момент времени (t = 0) к слою мгновенно прикладывается равномерно распределенная нагрузка q. Величина избыточного порового давления u(t5 z) при t = 0 будет равна т.е. часть нагрузки, равная величине структурной прочности сжатия рсгр, сразу же воспринимается скелетом грунта.
Зависимость между скоростью вытекания воды из единичного объема v(t, z) и коэффициентом пористости e(t, z) имеет следующий вид:
Предположим, что грунт деформируется только в вертикальном направлении. Тогда по теории фильтрационной консолидации, сумма избыточного порового давления и эффективного напряжения в фунте, обозначаемого a(t, z), в любой момент времени равна внешней нагрузке, т.е.
Считаем, что движение воды при уплотнении происходит по модифицированному закону Дарен со скоростью где кф - коэффициент фильтрации; уй - объемный вес воды; \0 - начальный градиент напора при фильтрации.
В линейной теории компрессионная зависимость принимается в виде се/до- -а.
Таким образом, в уравнение консолидации (2.5) начальный градиент на пора і0 явно не входит (в линейной теории), а учитывается в (2,4) при опреде лении скорости фильтрации. Очевидно, что при --iD 0 фильтрация 6\ дет происходить, а при — -i0 0 фильтрации не будет. Подобным образом выводится уравнение консолидации относительно и, которое имеет
Начальное условие принимается в виде (2.1), а граничные условия Заменим функцию u(t, z) на v(tt z) = u(t5 z) - ioYHz? для которой получим уравнения: Для выяснения достоверности результатов предложенных расчетов консолидации было проведено их сравнение с данными натурных наблюдений за изменением осадок во времени. С этой целью были использованы измерения осадки резервуара емкостью 10000 м\ расположенного на слабых водонасы-щенных грунтах на промышленной площадке Западносибирского металлургического комбината (Антоновская площадка).
Свойства слабых водонасыщенных глинистых грунтов по глубине до 12 м оставались неизменяемыми. Это позволило для расчета принять одно значение модуля общей деформации грунтов (Е0) по всей глубине слоя.
В этом резервуаре в течение нескольких лет хранилось соляровое масло в количестве 8800 м , Это позволило в расчетах считать нагрузку, приложенную на днище резервуара, постоянной величиной.
Было организовано наблюдение за осадкой этого резервуара во времени. Для этой цели по периметру металлического резервуара были устроены геодезические марки. Исследования проводились геодезистами КузбассТИСИЗ в 1981-1983 гг. Нивелирование проводилось по II классу точности. Наблюдения проводились в течение 31 месяца с небольшими перерывами. Результаты наблюдений за осадками марок, установленных на стенах резервуара, во времени приведены нарис, 2.1,
Для определения физико-механических свойств слабых водонасыщенных фунтов основания были проведены лабораторные исследования; которые проводились параллельно в лаборатории КузбассТИСИЗ и в лаборатории "Стройизыскания" (г.Москва).
Согласно данным этих исследований были установлены значения модуля общей деформации (Е0) по данным компрессионных испытаний на 16 образцах и значения угла внутреннего трения (ф) и удельного сцепления (С) по результатам лабораторных исследований на срезных приборах одноплоско
Методика проведения лабораторных исследований уплотняемых фунтов
Расчет уплотнения слабых водонасыщенных глинистых грунтов, фильт рация которых подчиняется закону Дарси (без начального градиента напора), структурная прочность сжатия которых равна нулю, а между деформациями и напряжением существует линейная зависимость, приведен в работах К.Терцаги, Н.А.Цытовича, М.Ю.Абелева, В.Д.Казарновского, АХ.Полуно-вского, Э.К.Кузахметовой, Г.Г.Тришина и др.
В результате многочисленных исследований М.Ю.Абелевым установле-но, что фильтрационная консолидация водонасыщенного глинистого грунта с ненарушенной структурой начинается только при таких нагрузках из. испытуемый образец, при которых в грунте возникает давление большее, чем величина структурной прочности сжатия. Отжатие поровой воды из уплотняемого слоя водонасыщенного грунта начинается при градиентах напора, больших величины его начального значения.
Рассмотрим уплотнение слоя водонасыщенного грунта толщиной h залс гающего под песчаной подушкой. В начальный момент времени (t = 0) к слою мгновенно прикладывается равномерно распределенная нагрузка q. Величина избыточного порового давления u(t5 z) при t = 0 будет равна т.е. часть нагрузки, равная величине структурной прочности сжатия рсгр, сразу же воспринимается скелетом грунта.
Зависимость между скоростью вытекания воды из единичного объема v(t, z) и коэффициентом пористости e(t, z) имеет следующий вид:
Предположим, что грунт деформируется только в вертикальном направлении. Тогда по теории фильтрационной консолидации, сумма избыточного порового давления и эффективного напряжения в фунте, обозначаемого a(t, z), в любой момент времени равна внешней нагрузке, т.е.
Считаем, что движение воды при уплотнении происходит по модифицированному закону Дарен со скоростью где кф - коэффициент фильтрации; уй - объемный вес воды; \0 - начальный градиент напора при фильтрации.
В линейной теории компрессионная зависимость принимается в виде се/до- -а. Таким образом, в уравнение консолидации (2.5) начальный градиент на пора і0 явно не входит (в линейной теории), а учитывается в (2,4) при опреде лении скорости фильтрации. Очевидно, что при --iD 0 фильтрация 6\ дет происходить, а при — -i0 0 фильтрации не будет. Подобным образом выводится уравнение консолидации относительно и, которое имеет
Начальное условие принимается в виде (2.1), а граничные условия Заменим функцию u(t, z) на v(tt z) = u(t5 z) - ioYHz? для которой получим уравнения: Для выяснения достоверности результатов предложенных расчетов консолидации было проведено их сравнение с данными натурных наблюдений за изменением осадок во времени. С этой целью были использованы измерения осадки резервуара емкостью 10000 м\ расположенного на слабых водонасы-щенных грунтах на промышленной площадке Западносибирского металлургического комбината (Антоновская площадка).
Свойства слабых водонасыщенных глинистых грунтов по глубине до 12 м оставались неизменяемыми. Это позволило для расчета принять одно значение модуля общей деформации грунтов (Е0) по всей глубине слоя.
В этом резервуаре в течение нескольких лет хранилось соляровое масло в количестве 8800 м , Это позволило в расчетах считать нагрузку, приложенную на днище резервуара, постоянной величиной.
Было организовано наблюдение за осадкой этого резервуара во времени. Для этой цели по периметру металлического резервуара были устроены геодезические марки. Исследования проводились геодезистами КузбассТИСИЗ в 1981-1983 гг. Нивелирование проводилось по II классу точности. Наблюдения проводились в течение 31 месяца с небольшими перерывами. Результаты наблюдений за осадками марок, установленных на стенах резервуара, во времени приведены нарис, 2.1,
Для определения физико-механических свойств слабых водонасыщенных фунтов основания были проведены лабораторные исследования; которые проводились параллельно в лаборатории КузбассТИСИЗ и в лаборатории "Стройизыскания" (г.Москва).
Согласно данным этих исследований были установлены значения модуля общей деформации (Е0) по данным компрессионных испытаний на 16 образцах и значения угла внутреннего трения (ф) и удельного сцепления (С) по результатам лабораторных исследований на срезных приборах одноплоско
Технология уплотнения водонасыщенных грунтов с использованием негашеной извести и цементов
Исследования, выполненные различными организациями по уплотнению глинистых грунтов, показали, что, если все поры грунта заполнены водой, при укатке и утрамбовке грунт не уплотняется, а разрушается. Это объясняется тем, что при приложении давления на водонасыщенный грунт Б поровой воде возникает давление, равное приложенному к грунтовому массиву давлению. Под этим поровьш давлением вода движется внутри грунтового массива и разрушает связи между глинистыми частицами.
Специальные исследования, проведенные в НИИОСП им. Н.М.Герсеванова, СоюздорНИИ, ПНИИС и в других организациях показали, что для уплотнения глинистых грунтов (глин, суглинков и супесей) необходимо, чтобы не менее 20% пор (данные ПНИИС) и не менее 30% пор (данные НИИОСП им. Н.М.Герсеванова) были заполнены воздухом (т.е. степень влажности этих грунтов должна быть менее 0,7-0,8). Только при этом условии грунт может быть уплотнен.
При устройстве оснований внутриплощадочных дорог на промышленных предприятиях часто необходимо перевезти (разработать или насыпать) большие объемы грунтов. Сейчас эти работы проводятся круглогодично. На многих площадках, где необходимо устраивать основания внутриплощадочных дорог, при высоком уровне подземных вод, грунты практически водона-сыщенные (Зг 0,8)- Кроме того, при производстве работ даже на участках, где уровень подземных вод залегает глубоко, грунты часто увлажняются атмосферными осадками (дождь, снег), и верхние слои грунтов основания до рог становятся водонасыщенными. При этом невозможно проводить работы по укатке и трамбовке этих грунтов.
Именно поэтому водонасыщенные и переувлажненные грунты должны быть «осушены», то есть необходимо уменьшить их природную (естественную) влажность до степени влажности равной 0,7-0,8. В настоящее время наиболее эффективным методом, уменьшающим естественную влажность водонасыщенных глинистых и заторфованных грунтов является обработка их негашеной известью или цементами.
В связи с этим задача натурных и лабораторных исследований состояла в том, чтобы изучить возможность уменьшения степени влажности фунта с применением негашеной комовой извести или цементов. Чтобы исследовать этот процесс нами на плошадке Западно-Сибирского металлургического комбината были проведены исследования по влиянию добавок негашеной извести и цемента на свойства грунтов. Осушение глинистого грунта при добавке негашеной извести происходит, во-первых, за счет расхода воды на гидратацию извести (цемента); во-вторых, при взаимодействии негашеной извести с водой (гидратация) выделяется большой количество тепла и часть воды из окружающего водо насыщен ного грунта испаряется. Следует также отметить, что при гидратации негашеная известь увеличивается в объеме и происходит некоторое уплотнение окружающего фунта.
Такие исследования проводились и в лаборатории на образцах водонасыщенных заторфованных грунтов, отобранных из площадки строительства цеха№ 6 Западно-Сибирского металлургического комбината. Опыты проводились по следующей методике. Все образцы грунта предварительно измельчались. Опыты проводились на образцах-близнецах при единой влажности. В образцы вводились следующие добавки: карбид кальция в количестве 2% и 5% от веса скелета грунта; негашеная комовая известь (СаО) в количестве 2%, 5%, 10% и 14% от веса скелета грунта. Кроме того, в одной серии опытов добавлялся цемент (Воскресенского завода) в количеств Преимущество использования негашеной извести при перемешивании с фунтами для уплотнения фунта заключается в том, что изменение свойств во до насыщенных грунтов происходит быстро в течение 1-2 часов.
На основе этих исследований было установлено, что при добавлении негашеной извести или цементов уменьшается количество пылеватых и глинистых частиц (частиц менее 0,05 мм). При этом введение негашеной извести привело к большему эффекту, чем введение цемента.
Добавки привели к уменьшению числа пластичности, так как увеличилась влажность на границе раскатывания и увеличилась величина оптимальной влажности. То есть наибольшую плотность при укатывании катками можно получить на грунтах с известью, влажность которых на 5-10% больше оптимальной для этих же грунтов без извести.
Следует отметить, что после обработки негашеной известью заметно изменилась липкость фунта, которая существенно определяет эффективность применения землеройных машин. Специальные исследования были выполнены на площадке промышленного предприятия в г.Химки (Московская область) по определению изменения сил морозного пучения в зимнее время.
Неожиданно оказалось, что после введения негашеной извести и уплотнения грунта катками или трамбовками подъем при морозном пучении оказался большим на 10-27%. Это объясняется очевидно тем, что после подсушивания грунта негашеной известью и уплотнения его катками или трамбовками уменьшился объем пор в грунте. Поры становились более тонкими, и высота капиллярного поднятия поровой воды увеличилась.
В связи с эти необходимо после уплотнения грунтов с добавлением извести и цемента принять меры по защите уплотненного грунта с известью от промерзания путем устройства защитных экранов из рыхлого грунта, опилок, торфа или, что наиболее часто производится в настоящее время, устройством покрытия из пенопласта, При устройстве внутриплощадочных дорог для разных промышленных предприятий и на стадии проектирования и на стадии производства работ необходимо учитывать такие территории, где осуществлена подземная прокладка инженерных коммуникаций, технологических коллекторов, электрических кабелей, а также паропроводов и газопроводов. Кроме того, обычно на территории промышленных предприятий имеется много смотровых колодцев (канализация, водопровод, телефон и т.д.), которые обычно представляют собой жесткую кирпичную или железобетонную конструкцию, часто заглубленную на 8-12 м.
Вокруг этих колодцев залегает толща слабых сильносжимаемых грунтов, которые обычно должны быть уплотнены для прохождения технологического транспорта. Уплотнение грунтов в этих местах сопряжено с жесткой несжимаемой конструкцией колодцев и расположенными вокруг колодцев участками, сложенными сильносжимаем ыми грунтами.
Аналогичные проблемы возникают в местах сопряжения железобетонных или металлических мостов с примыкающими к ним дорожными насыпями и т.д.
Исследования проводились в натурных условиях при устройстве внутренних автомобильных дорог на Западносибирском металлургическом комбинате, на площадке строительства автозавода в г.Елгаве, а также при строительстве и эксплуатации небольших предприятий по производству асфальтобетона, расположенных в Московской области, и т.д. Особенность уплотнения грунтов в этих случаях заключается в том, что нужно сохранить целостность и неприкосновенность различных труб, кабелей, подземных сооружений и при этом необходимо качественно уплотнить грунты в основании дорог.
При уплотнении грунтов в таких стесненных и неудобных местах обычно использовали ручные пневмотрамбовки, ручные вибротрамбовки и т.д. В нашей практике было сделано исследование по использованию гидромолотов на базе малых экскаваторов JSB (Англия), Поклейн, КАТО.
В гидромолот вместо долота вставлялся молот с перпендикулярной площадкой для уплотнения грунтов из металла толщиной 25 мм с усиленными ребрами. Такие исследования показали, что удается уплотнить фунт на всю глубину, на которую может опуститься площадка гидромолота.
Похожие диссертации на Технология устройства насыпей транспортных сооружений на территориях промышленных предприятий в сложных грунтовых условиях
