Введение к работе
Актуальность темы исследования обусловлена ростом объемов строительства железных и автомобильных дорог преимущественно в сложных природных условиях. Обеспечение устойчивости земляных сооружений на слабых основаниях является одной из недостаточно изученных проблем безопасности путей сообщения, особенно при большой мощности слабых грунтов. Неравномерные и опасные для эксплуатации деформации земляного полотна приводят к систематическим ограничениям движения транспортных средств, увеличению затрат на текущее содержание и ремонт дорог. В теоретическом плане основное внимание отечественных и зарубежных ученых уделяется совершенствованию способов уплотнения земляных сооружений, обеспечивающих эксплуатационную устойчивость конструкции. Вместе с тем, влияние строительных процессов и современной техники на физико-механические характеристики слабых грунтов изучено недостаточно. В ходе работ, в зависимости от состава и интенсивности выполнения технологических процессов меняется состояние слабого основания и, как следствие, граничные условия для проектирования. Необходимы новые конструктивно-технологические решения по выполнению требований безопасности слабого основания большой мощности уже в строительный период, который является наиболее динамичной частью жизненного цикла дорожного земляного полотна.
Целью исследования является повышение прочности и стабильности слабых оснований земляного полотна в строительный период на основе регулирования технологических процессов глубинного уплотнения грунтов.
Объект исследования - технология возведения земляного полотна на слабых грунтах, мощность которых превышает активную зону воздействия поверхностной технологической нагрузки. Разработанные в диссертации методы реализованы на примере водонасыщенных глинистых грунтов.
Предмет исследования - конструктивно-технологические решения по глубинному уплотнению слабых оснований земляного полотна.
Задачи исследования:
разработать методы технологического регулирования процессов уплотнения слабых грунтов большой мощности в основании земляного полотна;
разработать принципиальную схему и состав комплексной технологии устройства геосвай и георостверка для возведения насыпей на слабых основаниях;
сформировать технологические требования к выбору строительных машин и организации мониторинга состояния грунтов и технологических процессов, обеспечивающих стабильность слабого основания земляного полотна при повышенных строительных нагрузках;
провести экспериментальное исследование и определить эффективность технологического регулирования глубинного уплотнения слабых грунтов.
Теоретической и методической основой исследования приняты: методология системного анализа в транспортном строительстве, методы конструктивно-технологического проектирования и организации строительного производства, теория механики грунтов и оснований земляных сооружений.
Достоверность результатов обусловлена применением теоретических основ и объективных методов научного исследования; апробированного программного комплекса расчета стабильности и устойчивости земляного полотна; основных положений теории механики грунтов; соответствием полученных выводов теоретических исследований и экспериментальных результатов, а также практикой реализации результатов в организациях транспортного строительства.
Научная новизна диссертации:
-
Разработана методика технологического регулирования, обеспечивающая повышение стабильности слабых оснований и устойчивости земляного полотна на принципах прямой и обратной связи между характеристиками слабых грунтов, параметрами строительных нагрузок и организационно-технологическими решениями. Новизна методики защищена патентом РФ № 2449075.
-
Сформирована принципиальная схема функционирования динамичной системы «слабые основания - геосваи - комплексная технология», включающая направленное регулирование строительных нагрузок и мониторинг состояния грунтов.
-
Разработаны комплексные технологические процессы трех стадий уплотнения слабых оснований большой мощности: устройство рабочей платформы, устройство геосвай и георостверка. Новое качество состоит в реализации максимально допустимых уплотняющих нагрузок под контролем прочности слабых грунтов.
-
Обоснованы параметры регулируемых режимов уплотнения, обеспечивающих стабильность слабого основания земляного полотна при повышенных строительных нагрузках.
Основные результаты исследования, выносимые на защиту:
принципиальная схема и методика технологического регулирования процессов, основанная на принципах прямой и обратной связи между изменяющимися во времени физико-механическими характеристиками слабых грунтов и параметрами строительных нагрузок;
комплексная технология глубинного уплотнения слабых грунтов по стадиям: устройство рабочей платформы, устройство геосвай и георостверка в основании земляного полотна;
способы контроля и обеспечения безопасности технологических процессов каждой стадии уплотнения слабых грунтов, апробированные в процессе стендовых испытаний;
методы обоснования параметров строительных машин и регулируемых режимов уплотнения слабых грунтов с учетом устойчивости земляного полотна в строительный период.
Практическая значимость результатов работы:
разработаны технологические режимы уплотнения слабых оснований земляного полотна геосваями с применением методов вибропогружения и бурения;
предложены методы определения безопасных строительных нагрузок при уплотнении слабых оснований земляного полотна железных дорог;
даны практические рекомендации по выбору строительных машин и технологических параметров глубинного уплотнения слабых оснований большой мощности.
Внедрение результатов выполнено в 2010-2012 гг. в ООО ФСК «МостГеоЦентр» при подготовке программы стендовых испытаний песчаных свай в геотекстильной оболочке и разработке технологических карт по устройству геосвай методами вибропогружения и бурения. Результаты использованы ОАО «УСК МОСТ» при подготовке конкурсной документации на право заключения государственного контракта на строительство железнодорожной линии Кызыл-Курагино.
Разработанные методы технологического регулирования включены в стандарт организации по композитной технологии упрочнения слабых грунтов СТО ИСМ 58748660-05-2012 и прошли экспериментальную проверку в ходе стендовых испытаний, проведенных в лаборатории Научно-исследовательского института мостов и дефектоскопии Росжелдора при участии автора.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение: на восьмой научно-технической конференции с
международным участием «Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути», посвященной профессору Г.М. Шахунянцу (МИИТ, 2011 г.); на десятой научно-практической конференции с международным участием «Безопасность движения поездов» (МИИТ, 2009 г.); на научно-практических конференциях «Наука МИИТ -транспорту» (МИИТ, 2010-2011 гг.). Диссертация обсуждалась на межкафедральных семинарах СГУПС (г. Новосибирск, 2012 г.) и ТГАСУ (г. Томск, 2013 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе пять статей в научных журналах, входящих в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, и зарегистрирован патент на изобретение № 2449075 РФ.
Состав и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Основной текст изложен на 128 машинописных страницах и 16 страницах приложений, содержит 32 рисунка и 20 таблиц. Список литературы включает 115 наименований.
