Способ снижения водопроницаемости глинистых грунтов при возведении насыпей

Изобретение относится к области строительства, в частности к проблеме снижения водопроницаемости насыпей из глинистых грунтов, которые с механическим уплотнением укладываются в сооружение. Способ снижения водопроницаемости глинистых грунтов включает измерение естественной влажности грунта W_e, построение зависимости плотности грунта ρ_d от его влажности W после эксперементального уплотнения, выявление оптимальной влажности W_o, изменение величины эксперементального уплотнения при построении зависимости ρ_d=f(W) до достижения величины оптимальной влажности, равной естественной, отсыпку слоев грунта и его уплотнение с интенсивностью уплотняющего воздействия, соответствующего величине эксперементального уплотнения при построении зависимости плотности от влажности грунта, при этом согласно изобретению изменяют величину эксперементального уплотнения как в сторону ее увеличения, так и в сторону ее уменьшения и по результатам уплотнения на графике ρ_d=f(W) выделяют область значений контрольных параметров плотности ρ_d и влажности W, при которых производят укладку грунта в насыпь. Верхней границей указанной области является кривая полного водонасыщения пор грунта (S_r), а нижней границей кривая водонасыщения S_r=0,9, проходящая через точки, ординаты которых соответствуют максимальной плотности сухого грунта, а абсциссы - оптимальной влажности для различной величины уплотняющего воздействия на грунт. Способ позволяет значительно снизить водопроницаемость насыпей по сравнению с насыпями, возводимыми обычным способом, а также снизить затраты на кондиционирование грунтов по влажности. 1 ил.

 

Изобретение относится к области строительства, в частности к проблеме снижения водопроницаемости насыпей из глинистых грунтов, которые с механическим уплотнением укладываются в сооружение.

Известен способ снижения водопроницаемости глинистых грунтов, включающий экспериментальное определение оптимальной влажности W_o и послойное уплотнение грунта при влажности, равной или выше оптимальной. См. учебник «Строительство улиц и городских дорог», ч.1 «Сооружение земляного полотна»/Под ред. А.Я.Тулаева, М., Стройиздат, 1987, с.301-310.

Недостаток такого способа заключается в сложности его применения на строительстве для глинистых грунтов, естественная влажность которых W_e изменяется в широком диапазоне, т.е. W_o<W_e<W_o. Возникает необходимость доувлажнения части грунта. К недостаткам относится и то, что экспериментальное определение оптимальной влажности в разных странах производится разными ведомствами по-разному и часто приводит к несопоставимым результатам, что затрудняет использование вышеописанного способа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ снижения водопроницаемости глинистых грунтов, включающий измерение естественной влажности грунта W_e, построение зависимости плотности грунта ρ_d от его влажности W после экспериментального уплотнения, выявление оптимальной влажности W_o, изменение величины экспериментального уплотнения при построении зависимости ρ_d=f(W) в сторону ее увеличения до достижения оптимальной влажности, равной естественной, отсыпку слоев грунта и его уплотнение с интенсивностью уплотняющего воздействия, соответствующего величине экспериментального уплотнения при построении зависимости плотности от влажности грунта. См. патент РФ №1760012 А1, Е02D 3/026, Борткевич С.В., Варданян С.Т. Способ снижения водопроницаемости глинистых грунтов.

Недостатком этого способа является то, что он пригоден только для глинистых грунтов, естественная влажность которых W_e ниже оптимальной W_o. Глинистые грунты, естественная влажность которых выше оптимальной, при этом не могут быть использованы на строительстве.

В основу изобретения поставлена задача снижения путем уплотнения водопроницаемости глинистых грунтов, естественная влажность которых изменяется в широком диапазоне, т.е. W_o<W_e<W_o.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе снижения водопроницаемости глинистых грунтов, включающем измерение естественной влажности грунта W_e, построение зависимости плотности грунта ρ_d от его влажности W после экспериментального уплотнения, выявление оптимальной влажности W_o, изменение величины экспериментального уплотнения при построении зависимости ρ_d=f(W) до достижения величины оптимальной влажности, равной естественной, отсыпку слоев грунта и его уплотнение с интенсивностью уплотняющего воздействия, соответствующего величине экспериментального уплотнения при построении зависимости плотности от влажности грунта, изменяют величину экспериментального уплотнения как в сторону ее увеличения, так и в сторону ее уменьшения и по результатам уплотнения на графике ρ_d=f(W) выделяют область значений контрольных параметров плотности-влажности, при которых производят укладку грунта в насыпь, верхней границей указанной области является кривая полного водонасыщения пор грунта (S_r), а нижней границей кривая водонасыщения S_r=0,9, проходящая через точки, ординаты которых соответствуют максимальной плотности сухого грунта, а абсциссы - оптимальной влажности для различной величины уплотняющего воздействия на грунт.

Между совокупностью отличительных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом существует следующая система причинно-следственных связей.

Изменение величины экспериментального уплотнения грунта как в сторону ее увеличения, так и в сторону ее уменьшения дает ряд значений оптимальной влажности вместо одного, получаемого в известных способах, и поэтому позволяет выделить область значений контрольных параметров плотности-влажности, соответствующих значениям естественной влажности, при которых производят укладку грунта в насыпь, изменяя в соответствии с естественной влажностью интенсивность уплотняющего воздействия на грунт, чем достигается равномерное снижение водопроницаемости глинистого грунта при возведении насыпи.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены кривые экспериментального уплотнения глинистых грунтов, предназначенных к укладке в противофильтрационный экран верхнего водоема Днестровской ГАЭС, полученные при изменении величины уплотняющего воздействия. Здесь же указаны результаты определения коэффициента фильтрации К_ф грунтов различной влажности, уплотненных в лаборатории и в производственных условиях на опытной насыпи. Испытываемые грунты после уплотнения практически водонепроницаемы:

К_ф=6·10^-9÷1,7·10^-10см/с.

Средняя кривая (1) экспериментального уплотнения получена при определении оптимальной влажности W_o уплотняющим воздействием на грунт Калифорнийским методом, США, в котором энергия уплотнения составляет 17·10⁵ Нм/м³.

В связи с тем, что на строительстве имеются глинистые грунты, естественная влажность которых значительно ниже и выше полученного значения оптимальной влажности W_o, было выполнено экспериментальное уплотнение с увеличенным и с уменьшенным уплотняющим воздействием путем изменения количества ударов по грунту и массы трамбовки. По результатам работ построены кривые (2) и (3). Кривая (2) - экспериментальное уплотнение модифицированным методом AASHO, США, с энергией уплотнения 27·10⁵ Нм/м³. Кривая (3) - экспериментальное уплотнение стандартным методом AASHO, США, в котором энергия уплотнения составляет 5,9·10⁵ Нм/м³.

Оптимальная влажность W_o по кривой (2) соответствует наименьшей естественной влажности грунтов, а оптимальная влажность W_o по кривой (3) соответствует наибольшей естественной влажности грунтов в месторождениях, имеющихся на строительстве.

По результатам экспериментального уплотнения на графике ρ_d=f(W) выделяют область значений плотности-влажности (4), обеспечивающих получение диспергационной структуры и, соответственно, наименьшей водопроницаемости грунта. Укладку грунта в насыпь производят при контрольных значениях плотности и влажности, которые обязательно должны входить в выделенную область (4).

Верхней границей этой области является кривая полного водонасыщения пор грунта S_r=1,0, а нижней границей - кривая водонасыщения S_r=0,9, проходящая через точки, ординаты которых соответствуют максимальной плотности сухого грунта, а абсциссы - оптимальной влажности для различной величины уплотняющего воздействия на грунт (по кривым 1, 2, 3).

Экстремальные значения плотности ρ_d ^ext и влажности W^ext глинистых грунтов в области контрольных параметров устанавливают опытно-производственными исследованиями по уплотняющей способности (для грунтов наименьшей влажности) и по проходимости (для грунтов наибольшей влажности) механизмов, применяемых на строительстве.

Предлагаемый способ снижения водопроницаемости глинистых грунтов при возведении насыпей позволяет снизить водопроницаемость насыпей на один-два порядка (в 10-100 раз) по сравнению с насыпями, возводимыми обычным способом, т.е. с уплотнением глинистых грунтов при влажности W, которая должна быть в пределах AW_o≤W<BW_o, где коэффициенты А и В принимают по таблице 6 СНиП 3.02.01-87 «Земляные сооружения, основания и фундаменты» Госстрой СССР. М., 1989 г., стр.17, а также уменьшить трудозатраты на кондиционирование грунтов по влажности.

Способ позволяет исключить необходимость применения в насыпях противофильтрационных устройств в виде водонепроницаемых пленок, геомембран, шпунтов и т.п.

Этот способ предполагается использовать на строительстве Днестровской ГАЭС для возведения защитного экрана из глинистых грунтов переменной влажности различного генезиса.

Способ снижения водопроницаемости глинистых грунтов при возведении насыпей, включающий измерение естественной влажности грунта, построение зависимости плотности грунта ρ_d от его влажности W после экспериментального уплотнения, выявление оптимальной влажности, изменение величины экспериментального уплотнения при построении ρ_d=f(W) до достижения величины оптимальной влажности, равной естественной, отсыпку слоев грунта и его уплотнение с интенсивностью уплотняющего воздействия, соответствующего величине экспериментального уплотнения при построении зависимости плотности от влажности грунта, отличающийся тем, что величину экспериментального уплотнения изменяют как в сторону ее увеличения, так и в сторону ее уменьшения, и по результатам уплотнения на графике ρ_d=f(W) выделяют область значений контрольных параметров плотности ρ_d и влажности W, при которых производят укладку грунта в насыпь, при этом верхней границей указанной области является кривая полного водонасыщения пор грунта (S_r), а нижней границей - кривая водонасыщения S_r=0,9, проходящая через точки, ординаты которых соответствуют максимальной плотности сухого грунта, а абсциссы - оптимальной влажности для различной величины уплотняющего воздействия на грунт.