Способ укрепления слабых грунтов основания земляного полотна и состав для его осуществления

Изобретение относится к области дорожного строительства и может быть использовано для восстановления или увеличения прочности слабых грунтов основания земляного полотна или земляного полотна железных и автомобильных дорог на участках распространения грунтов, деформирующихся и дающих неравномерную осадку под воздействием нагрузок, в т.ч. под воздействием сильной обводненности грунтов. Способ включает нагнетание в грунт основания земляного полотна через скважины полимерного состава в виде геля (криогеля), при этом полимерный состав нагнетают с двух сторон земляного полотна так, что образуют упрочняющую опорную систему в виде пространственной решетчатой структуры из грунта, связанного полимерным составом. Полимерный состав для осуществления способа включает поливиниловый спирт - структурообразователь, борную кислоту и воду, при этом он дополнительно содержит базальтовое волокно и/или минеральные добавки при следующем соотношении компонентов, мас.%: Поливиниловый спирт 3,0-10% Борная кислота 0,2-1% Базальтовое волокно и/или минеральные добавки 0,5-1% Вода остальное. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области дорожного строительства и может быть использовано для восстановления или увеличения прочности слабых грунтов основания земляного полотна или земляного полотна железных и автомобильных дорог на участках распространения грунтов, деформирующихся и дающих неравномерную осадку под воздействием нагрузок, в т.ч. под воздействием сильной обводненности грунтов.

Известен способ укрепления основания земляного полотна на вечномерзлых грунтах, включающий разрушение сильнольдистых фрагментов высокоскоростными жидкими струями, например через скважины, удаление разрушенного льдистого грунта и замещение его талым грунтом в виде пульпы высокой консистенции, т.е. на месте удаленного грунта создают песчаные сваи.

В этом же патенте описан состав для осуществления способа, в качестве которого используют талый грунт, например песок, в который, при необходимости, добавляют цемент (патент РФ №2074928, МПК E02D 17/20, опубл. 10.03.1997).

Известен также способ ремонта железнодорожного земляного полотна, по которому изготавливают дренажные скважины, после чего между ними или с противоположной стороны погружают инъектор, производят принудительное удаление накопленной воды по дренажным скважинам путем одновременного нагнетания через инъектор твердеющего раствора.

В этом же патенте в качестве твердеющего раствора используют цементно-глинистые, цементно-песчаные растворы либо органические вяжущие материалы (патент РФ №2277616, МПК E02D 3/12, опубл. 20.01.2006).

Общим недостатком описанных способов и составов для их осуществления является то, что создаваемые жесткие конструкции под действием постоянных динамических нагрузок, а также под действием воды подвержены деформации, что вызывает просадку земляного полотна, кроме того, песчано-цементные растворы под действием грунтовых вод размываются, не успевают схватываться и выносятся из тела земляного полотна.

Вода одинаково отрицательно действует как на грунтовый материал полотна гидросооружения, так и на грунтовый материал земляного полотна дороги, размывая, разупрочняя его, что вызывает его расползание.

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому является способ изготовления сплошных водонепроницаемых экранов, обладающих структурной прочностью, в низкотемпературных грунтовых материалах гидротехнических сооружений, включающий нагнетание под давлением, меньшим давления гидроразрыва грунтового материала, полимерного состава, способного образовывать гель при положительных температурах и криогель в процессах замораживания-размораживания.

В этом же патенте описан состав для осуществления способа, включающий поливиниловый спирт - структурообразователь, воду и борную кислоту при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

Поливиниловый спирт 3,0-10,0
Борная кислота 0,2-1,0
Вода остальное.

При создании сплошного водонепроницаемого экрана требуются значительные материальные вложения. Используемый полимерный состав дает недостаточную структурную прочность.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа увеличения прочности слабых грунтов основания земляного полотна железных и автомобильных дорог на обводненных участках, где грунты дают неравномерную осадку и деформируются под воздействием нагрузок.

Технический результат - предотвращение деформаций земляного полотна в виде просадок основной площадки и расползания откосов насыпей путем повышения прочности грунтов основания земляного полотна, а также создание состава с улучшенными структурно-механическими свойствами для осуществления способа при сокращении материальных затрат на укрепление земляного полотна.

Технический результат достигается за счет того, что в способе укрепления слабых грунтов основания земляного полотна, включающем нагнетание в грунт основания земляного полотна через скважины полимерного состава в виде геля (криогеля), полимерный состав нагнетают с двух сторон земляного полотна так, что образуют упрочняющую опорную систему в виде пространственной решетчатой структуры из грунта, связанного полимерным составом, а полимерный состав для осуществления способа, включающий поливиниловый спирт - структурообразователь, борную кислоту и воду, дополнительно содержит базальтовое волокно и/или минеральные добавки при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Поливиниловый спирт 3,0-10%
Борная кислота 0,2-1%
Базальтовое волокно
и/или минеральные добавки 0,5-1%
Вода остальное.

Отличительные признаки предлагаемого способа заключаются в том, полимерный состав нагнетают с двух сторон земляного полотна так, что образуют упрочняющую опорную систему в виде пространственной решетчатой структуры из грунта, связанного полимерным составом.

Полимерный состав, нагнетаемый в грунт, на первом этапе образует гель, затем при отрицательных температурах гель преобразуется в криогель с высокой прочностью, водонепроницаемостью, упругостью и хорошей адгезией к породе. Повторение циклов «замораживания - оттаивания» улучшает физико-механические свойства грунта - увеличивается его прочность, при этом упругость сохраняется. Криогель является эффективным укрепляющим средством, значительно снижающим фильтрацию воды в пористой среде, т.к. криогель не растворяется в воде, и повышающим прочностные свойства грунтовых материалов. Криогель можно готовить непосредственно на промышленном объекте и закачивать в скважины с использованием стандартной техники.

При создании предлагаемого способа укрепления слабых грунтов основания земляного полотна железных и автомобильных дорог в первую очередь использовались укрепляющие свойства криогеля, его высокая упругость. Повышение водонепроницаемости грунта служит в данном случае дополнительным положительным эффектом.

Нагнетание полимерного состава в грунтовый материал основания земляного полотна с двух сторон через скважины, пробуренные наклонно, например, под углом 20°-45° к горизонтальной плоскости, позволяет создать упрочняющую опорную систему в виде пространственных решеток: правосторонней и левосторонней, при этом элементами решетки являются цилиндры упрочненного криогелем грунта. По всей длине укрепляемого участка цилиндр упрочненного грунта пересекается с другими цилиндрами упрочненного грунта. В местах пересечения образуются узлы решетки, придающие ей пространственную прочность и устойчивость. Правая и левая решетки соединяются в средней части основания земляного полотна. Такое соединение решеток в упругую пространственную структуру дает возможность значительно увеличить общую прочность системы, позволяет воспринимать динамические нагрузки от движущегося транспорта, равномерно их распределять и передавать на лежащие ниже слои грунта, тем самым исключать неравномерную осадку дорожного полотна, предотвращая его расползание.

Выполнение упрочняющей опорной системы в виде решетчатой конструкции, а не сплошной плиты позволяет значительно экономить материальные ресурсы.

Отличительные признаки предлагаемого полимерного состава заключаются в том, что полимерный состав дополнительно содержит базальтовое волокно и/или минеральные добавки при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Поливиниловый спирт 3,0-10%
Борная кислота 0,2-1%
Базальтовое волокно
/или минеральные добавки 0,5-1%
Вода остальное.

Дополнительное использование базальтового волокна или минеральных добавок, например гранитного мелкодисперсного порошка, или их совместное использование позволяет улучшить структурно-механические свойства состава, т.к., являясь наполнителями, указанные добавки ускоряют структурирование криогеля и повышают его упрочняющие свойства, особенно это важно для закрепления грунтового материала с высоким поглощением.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен поперечный разрез земляного полотна двухпутной железной дороги, в основание которого через пробуренные скважины производится нагнетание полимерного состава.

На фиг.2 изображен вид сверху опорной системы - пространственной решетки, состоящей из цилиндров упрочненного криогелем грунта.

Способ осуществляется следующим образом.

Экспериментальные работы проводились на участке железной дороги, основание земляного полотна на котором, в результате сильного обводнения, дает постоянную осадку, которая приводит к деформации самого земляного полотна и верхнего строения пути.

Осуществляется, например, колонковое бурение или другие известные способы бурения скважин, через которые в дальнейшем будет производиться нагнетание полимерного состава с углами наклона к горизонтальной плоскости 20-45°. Это позволяет установить буровое оборудование на безопасное расстояние от железнодорожного пути и обеспечить возможность ведения работ без перерыва для пропуска поездов.

Скважины 1 (фиг.1) бурят с двух сторон земляного полотна 2, со стороны четного и нечетного железнодорожного пути навстречу друг другу. Длина скважины рассчитывается из условия, что она заканчивается в середине междупутья и концы скважин, пробуренных с разных сторон железнодорожного пути, должны пересекаться или, по крайней мере, сходиться.

В процессе бурения в скважину вставляется полимерная перфорированная обсадная труба 3, через которую нагнетается под давлением полимерный состав, образующий с укрепляемым грунтом цилиндры 4. Как вариант, можно рассмотреть и другие известные способы закачивания полимерного состава, например, через полые штанги колонкового бура, при этом необходимо первые секции таких штанг сделать с перфорацией.

Пары скважин пробуриваются из одной точки (фиг.2) вправо и влево под углом, например 45°, к оси железнодорожного пути на расстоянии друг от друга, например 4 м. Выбор расстояния между скважинами определяется необходимостью обеспечить равномерное распределение нагнетаемого полимерного состава под всей укрепляемой площадкой полотна железнодорожного пути, от середины междупутья до обочины балластной призмы. В результате создается пространственная конструкция, состоящая из двух решеток 5, правой и левой, со стороны четного и нечетного железнодорожного пути. Элементами решетки являются цилиндры 4 упрочненного криогелем грунта, перекрещивающиеся друг с другом под прямым углом. Диаметр цилиндров 1,0-1,5 м, т.к. экспериментально определено, что полимерный состав под давлением распространяется в грунте на 0,5-07 м. По всей длине укрепляемого участка цилиндр упрочненного криогелем грунта в трех местах пересекается с другими цилиндрами. В местах пересечения образуются узлы решетки 6, придающие ей пространственную прочность и устойчивость. Правая и левая плоские решетки соединяются между собой в зоне середины междупутья, в эксперименте на глубине 3-х метров. Каждая из грунтовых решеток воспринимает нагрузки от подвижного состава, движущегося по соответствующему пути. Соединение решеток в пространственную конструкцию в месте их стыкования позволяет значительно увеличить общую прочность системы и создает условия устойчивости земляного полотна от расползания.

Полимерный состав, содержащий 5% поливинилового спирта, 1% борной кислоты и 1% наполнителя, например базальтовое волокно, готовится следующим образом: в воду объемом 700-710 литров температурой 90-95°C при постоянном перемешивании помещают 7,5 кг борной кислоты, затем 40 кг поливинилового спирта, добавляют 7,5 кг базальтового волокна, перемешивают в течение 3-5 часов до получения однородного раствора. Полученный раствор в количестве, примерно, 750 литров имеет плотность 1,0-1,5 кг/м3 и вязкостью 40-60 мПа·с.

Эксперименты показали, что прочность основания земляного полотна при создании упрочняющей опорной системы в виде пространственной решетчатой структуры повысилась в 2 раза. Экономия материальных ресурсов на данном участке работы составила 500 тыс. руб. на 100 погонный метров, т.е. уменьшена в 2,5 раза по сравнению с созданием сплошной упрочняющей опорной системы.

1. Способ укрепления слабых грунтов основания земляного полотна, включающий нагнетание в грунт основания земляного полотна через скважины полимерного состава в виде геля (криогеля), отличающийся тем, что полимерный состав нагнетают с двух сторон земляного полотна под углом наклона 20-45° к горизонтальной плоскости так, что образуют упрочняющую опорную систему в виде пространственной решетчатой структуры из грунта, связанного полимерным составом, состоящей из двух соединенных между собой решеток с узлами в местах пересечения элементов решеток.

2. Полимерный состав для осуществления способа по п.1, включающий поливиниловый спирт - структурообразователь, борную кислоту и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит базальтовое волокно и/или минеральные добавки при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Поливиниловый спирт 3,0-10
Борная кислота 0,2-1
Базальтовое волокно
и/или минеральные добавки 0,5-1
Вода Остальное


 

Похожие патенты:

Изобретение относится к строительству, а именно к способам укрепления грунтов под фундаменты, а также к способам формирования свай. .

Изобретение относится к области дорожного строительства и может быть использовано для стабилизации деформирующихся участков автомобильных и железных дорог вследствие пучения путем преобразования свойств грунтов земляного полотна.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для закрепления слабых глинистых грунтов вяжущими материалами. .

Изобретение относится к строительству, а именно к укреплению и/или подъему наземных сооружений. .

Изобретение относится к подземному строительству и предназначено для определения эффективных технологических параметров грунтовых колонн методом струйной технологии.

Изобретение относится к области строительства, в частности к технологиям усиления просадочных, структурно-неустойчивых и слабых водонасыщенных грунтов в основании фундаментов зданий и сооружений.
Изобретение относится к дорожному строительству и может быть, в частности, использовано при устройстве оснований, укреплении откосов автомобильных и железных дорог, промышленных площадок, а также укреплении отвалов промышленных отходов.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для защиты бетонных сооружений (фундаментов) от воздействия грунтовых и промышленных вод. .
Изобретение относится к технологии производства строительных и реставрационных работ. .

Изобретение относится к области строительства и может быть применено при инженерной подготовке строительных площадок для нового строительства, а также для укрепления оснований существующих зданий при решении проблем несущей способности фундамента при надстройках этажности или реконструкции зданий.

Изобретение относится к балластному слою с порозаполняющим веществом

Изобретение относится к области строительства и используется при сооружении, научно-техническом сопровождении и мониторинге строящихся и построенных преимущественно высоких и высотных зданий и сооружений на неравномерно сжимаемых грунтах, а также других вертикально протяженных объектов

Изобретение относится к строительству, а именно к оборудованию для струйной цементации для закрепления грунта

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для укрепления оснований зданий и сооружений в сейсмически опасных зонах
Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к технологии получения самоуплотняемых грунтовых смесей с гидравлическим вяжущим, которые могут быть использованы в устройстве дорожных оснований и обвалований, при прокладке инженерных коммуникаций, заполнении траншей и выемок различной конфигурации в грунтах, в подземном строительстве и др. Грунтовая смесь содержит, мас.%: гомогенная смесь природного грунта, не содержащего включений размером более 50 мм 69,0-88,0, портландцемент 1,5-5,5, порошок бентонитовый, модифицированный содой, для буровых растворов 0,8-3,3, вода - остальное. Грунтовая смесь может содержать портландцемент ПЦ 400 и дополнительно - добавку извести в количестве 0,5-2 мас.%. Технический результат - снижение расхода вяжущего при сохранении повышенных значений несущей способности грунтовой смеси, стабильности заполнения объема до упрочнения, возможность вторичного использования укрепленного грунта. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр.

Изобретение относится к области строительства и используется при сооружении и анализе напряженно-деформированного состояния строящихся преимущественно высоких и высотных зданий и сооружений на неравномерно сжимаемых грунтах. Способ строительства преимущественно высоких и высотных зданий и сооружений на неравномерно сжимаемых грунтах, согласно которому после сооружения очередной группы из одного или нескольких этажей строения производят измерения осадок фундаментов, средних наклонов верхнего перекрытия над этой группой этажей и средних наклонов верхних перекрытий над всеми ранее сооруженными группами этажей. По результатам измерения и их анализа судят о деформациях основания и напряженно-деформированном состоянии строения к моменту измерений и до полного возведения строения, а также о необходимости воздействия на грунт или фундамент. Вначале фундамент сооружают из расчета не на полную нагрузку от строения, а на ее часть, например от половины строения, в процессе сооружения этой части строения производят измерения деформаций фундаментов и наклонов перекрытий, по ним оценивают действительные характеристики деформируемости грунтов, напряженно-деформированное состояние строения на момент измерений и на полное его возведение, а также необходимость повышения несущей способности фундаментов. После чего в случае необходимости выполняют работы по повышению несущей способности фундаментов путем увеличения размеров фундаментов, упрочнения грунтов под фундаментами, например, путем инъекции закрепляющих растворов, дополнения ранее сооруженных фундаментов сплошной железобетонной плитой, вдавливаемыми, завинчиваемыми или буронабивными сваями. Повышение несущей способности фундаментов осуществляют только в той части, в том объеме и на том уровне высоты строящегося здания, сооружения, которые обеспечивают безопасность и допустимый уровень деформаций строения до полного его завершения. Технический результат состоит в повышении точности оценки характеристик сжимаемости грунтов в основании фундаментов в процессе возведения здания, сооружения, повышении достоверности анализа напряженно-деформированного состояния строения при возведении и после завершения строительства, снижении трудоемкости. 1 табл., 9 ил.
Изобретение относится к способу закрепления грунтов и фундаментов. Способ заключается в обработке последних содержащим латексный полимер закрепителем, применяемым в смеси с водой. Обработку грунта или фундамента осуществляют путем введения закрепителя посредством фрезы методом фрезеровки при смешивании закрепителя с грунтом или фундаментом. В качестве латексного полимера используют латексы из группы, включающей стирол-бутадиеновый латекс, (мет)акрилатный латекс, этилен-винилацетатный латекс, этилен/пропиленовый латекс, этилен/пропилен-димерный латекс, бутадиен-акрилонитриловый латекс, силиконовый латекс, полибутадиеновый латекс, латекс из натурального каучука или же смесь двух или нескольких из указанных латексов. Закрепитель дополнительно содержит загуститель на основе целлюлозы, пеногаситель, выбранный из группы, включающей силиконы, гликолевые эфиры, натуральные жиры или масла и жирные спирты, а также, по меньшей мере, один хлорид или, по меньшей мере, один гидроксид щелочного или щелочноземельного металла, причем закрепитель имеет состав (вес.%): 0,1-50 латексного полимера, 0,05-5 загустителя, до 5 пеногасителя, 0,01-10 хлорида или гидроксида щелочного или щелочноземельного металла, остаток до 100 - вода. Технический результат - закрепление (упрочнение) и стабилизация грунтов или фундаментов, дающее возможность без вывоза и утилизации старого грунта и особых затрат проводить строительно-земляные работы. 5 з.п. ф-лы, 2 пр.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для повышения несущей способности в действующем состоянии просадочных грунтов под фундаментами сооружений жилых домов путем укрепления под ними просадочных грунтов. Способ интенсивного укрепления грунта под действующим строением включает в зоне производства восстановительных работ формирование законтурного ряда по периметру укрепляемого основания просадочного грунта и ячеистой структуры в зоне укрепляемого основания грунта путем бурения глубинных скважин на глубину залегания просадочного грунта, заправку инъекторов в скважины, герметизацию их и закачивание твердеющего раствора под давлением в определенной последовательности укрепления горизонтов просадки. Относительно контура сооружения создают технологическую базовую зону многоуровневых опорных горизонтов контрфорсного тела, в котором снизу производят формирование корня стабилизации просадочного грунта методом принудительного основного и дополнительного этапно-ступенчатого закачивания активной массы раствора, распределения и регулирования в объемной плотности просадочного грунта на стыках участков контакта и сочетания комплектарно-активных гетерогенных систем, прямого и обратного обжатия зоны релаксационных участков в объемной плотности просадочного грунта на стыках участков контакта при переменной направленности подачи активной массы раствора под сменными углами в горизонтальных плоскостях многоуровневых опорных горизонтов. Создают интенсивное развитие продвижения раствора через грунт за счет принудительных и поперечных сил сдвига относительно друг друга в различных уровнях горизонтов контрфорсного тела в направлении противодействия сил сопротивления укрепляемого грунта. Производят распределение и формирование расположений узловой направленности закачивания раствора в грунт с возможной корректировкой требуемых линейных и угловых параметров направленности поступательного перемещения раствора, консолидации и формирования структуры грунта. Закачивание раствора в стволы глубинных скважин проводят ступенчато по горизонтам и формированию в единую объемно-пространственную структуру грунта на всю глубину активной базовой зоны релаксационных участков контрфорсного тела. Ввод дополнительного закачивания раствора и создание подпорной силы производят в виде подачи побочного раствора и последовательного выборочного направления, распределения и формирования его положения по локальным участкам горизонтальных переходов базовых зон релаксационных участков контрфорсного тела в просадочном грунте под действующим строением. Технический результат состоит в повышении интенсификации и эффективности укрепления грунта под действующим жилым строением. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области строительства оснований и покрытий дорог с использованием песчаных, супесчаных и глинистых грунтов естественного происхождения в комбинации с другими материалами. В способе укрепления естественных грунтов и минеральных материалов для строительства дорог с использование гидравлических минеральных и водоразбавляемых полимерных связующих, включающих цемент и латекс сополимеров на основе стирола, эфиров акриловой кислоты, бутадиена, акрилонитрила, этилена с винилацетатом, винилхлоридом или их смесей с добавками загустителей на основе целлюлозы, пеногасителей силоксанового типа и эфира гликоля с регулированием рН едкой щелочью, используют указанное полимерное связующее, полимерные частицы в котором имеют размеры от 50 до 200 нм, преимущественно 80-160 нм, с добавкой в количестве 0,1-5, 0 мас.ч. на 100 мас.ч. сухого вещества указанного связующего в качестве коалесцента - эфира гликоля простых моно- или диэфира этилен- или диэтиленгликоля или ароматического углеводорода, например уайт-спирита, а величину рН, равной 6,5-9, устанавливают при использовании едкой щелочи в виде 1-2%-ного раствора. Технический результат - повышение прочности, водостойкости. 10 пр., 4 ил.

Изобретение относится к технологии строительства и может быть использовано для определения количества цемента в грунтоцементном материале при создании строительных конструкций посредством струйной цементации. Способ определения количества цемента в грунтоцементном материале конструкции при создании строительных конструкций посредством струйной цементации заключается в добавлении в закачиваемый в скважину цементный раствор порошкообразного индикатора. В качестве такого порошкообразного индикатора применяют порошковый графит, тонкость помола которого не ниже тонкости помола цемента. Весовое отношение порошка графита составляет 1-10% веса цемента. При осуществлении способа первоначально замеряют электропроводность закачиваемого цементного раствора, затем замеряют электропроводность выделяемой из скважины грунтоцементной пульпы, а количество цемента в грунтоцементном материале конструкции определяют как разность между количеством цемента в цементном растворе и количеством цемента в пульпе. Количество цемента в пульпе рассчитывают по формуле: где mсп - количество цемента в пульпе; mс - количество цемента в цементном растворе; λn - величина электропроводности пульпы; λс - величина электропроводности цементного раствора.

Изобретение относится к области дорожного строительства и может быть использовано для восстановления или увеличения прочности слабых грунтов основания земляного полотна или земляного полотна железных и автомобильных дорог на участках распространения грунтов, деформирующихся и дающих неравномерную осадку под воздействием нагрузок, в т.ч

Наверх