Способ уплотнения слоистого подстилаемого скальным грунтом основания

 

Нд г(;,, г" .(кля 5v-гцЖчвв Qgq

П И А

О (, ИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических республик ро763506

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт свид-ву— (22) Заявлено 280878 (21) 2658053/29-33 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Опубликовано 15,09.80. Бюллетень М 34

Дата опубликования описания 1509.80 (51) М. (л.

Е 01 С 19/22

Государственный комитет

СССР

llo делам изобретений н открыти и (53) УДК 625. 122 (088.8) (72) Автор изобретения

С.М. Новак

Специальное конструкторско-технологическое бюро

Главного управления по строительству Байкало-Амурской железнодорожной магистрали Министерства траиспортного строительства СССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ CJIOHCTOl О

ПОДСТИЛАЕМОГО СКАЛЬНЫМ ГРУНТОМ ОСНОВАНИЯ

Изобретение относится к области строительства, в частности,к строительству оснований дорог и различных сооружений.

Известен способ сооруженйя грунтовых оснований, включающий поочередное уплотнение каждого вышележащего слоя (1). Однако такой способ имеет высокую трудоемкость.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ уплотнения слоистых, подстилаемых скальным грунтом оснований, включающий поверхностное вибрирование грунта.(2). 15

Однако при осуществлении известного способа достигают уплотнения только близлежащих поверхностных слоев грунта, что впоследствии не избавляет основание сооружения от 20 значительных послепостроечных осадок.

Целью изобретения является уменьшение послепостроечной просадки грунта.

Поставленная цель достигается тем, mono предлагаемому способу перед .началом процесса вибрирования определяют упругие, массовые и диссипативные свойства каждого грунтового слоя, 30 лежащего выше скального, по которым затем определяют спектр частот собственных колебаний системы вибра-тор-слой грунтового основания и вибрирование осуществляют с частотой колебаний, соответствующей максимальной собственной частоте колебаний одного иэ слоев системы.

На фиг. 1 схематично показано уплотняемое основание, разрез на фиг. 2 — схема выполнения предлагаемого способа.

Основание включает в себя насыпь (дополнительный слой грунтового основания железной дороги), отсыпку непосредственно на поверхностный осадочный слой 2, ниже которого находятся последовательно слой 3 сильно выветренных пород, слой 4 слабо выветренных пород и скальное основание 5 ° Уплотнение основания производят при помощи вибратора 6.

Определяют упругие, массивные и диссипативные свойства каждого слоя грунтового основания и насыпи.

Упругие свойства слоев грунта эквивалентны коэффициентам упругого сжатия (коэффициентом постели).

Массовые свойства характеризуются величинами объемных масс слоев грунта.

763506

Диссипативные свойства характеризуют меру рассеяния энергии при колебаниях и определяются по известным методикам, например, по вибропрограмме затухающих колебаний, либо по ,площади динамической петли гистереэи.5 са.

Зная упругие, массовые и диссипативные значения вибратора, по его технической характеристике определяют спектр частот собственных колебаний системы, кОторая включает в себя вибратор 6, насыпь 1 и слои грунтового основания 2-4. Устанавливают вибратор на насыпь и возбуждают колебания вибратора с частотой, близкой к одной из собственных частот системы. При возбуждении колебаний, близких к ве- личинам собственных частот системы, происходит нарастание амплитуды колебания частиц грунтового основания как проявление эффекта резонанса 20 при совпадении частот вынужденных и собственных колебаний системы.

Для обеспечения максимального эффекта уплотнения слоя 2 грунтового основания, дающего наибольшую расчетную просадку, частота колебаний вибратора, а, следовательно, и форма . колебаний выбираются таким образом, чтобы контактные с данным слоем верхний 1 H нижний 3 слои грунтового 30 основания колебались в противофазе.

При этом эффективному уплотнению подвергаются все остальные слои грунтового основания с силу проявления эффекта .резонанса.

Пример. Для моделирования данной конкретной ситуации представляют вибратор и грунтовое основание как динамическую систему, наделенную упругими и массовыми свойствами. 40

Для упрощения расчетов в данном случае не учитывают диссипативные силы (рассеяние энергии при колебаниях); так как эти силы на определение диапазона резонансных частот влияют 45 слабо, а учет диссипативных сил необходим при подборе мощности привода вибратора, где их влияние при резонансном режиме работы является весьма существенным. 50

Расчетная динамическая схема системы вибратор — грунтовое основание может быть представлена дискретной моделью, изображенной на фиг. 2.

На фиг. 2 М,, Мэ,, М> и М„ моделируют массовые, а С, С, Cj и С упругие свойства, соответственно, вибратора и насыпи 1, поверхностного осадочного слоя 2, слоя 3 сильно . выветренных пород, слоя 4 слабо выветренных пород.

Система колеблется на неподвижйом основании 5 (см. фиг. 1).

P sin с> t возмущающая сила вибратора;

С A< . С А, У - м,р -с, Подставляя эти выражения в уравнение

+ М А + МЗАЗ)Я = О (4) которое получается путем сложения уравнений (3), находим: ,щ у {м,м,м,мр"- (м,м + м,м,) са +

+ (М,М, + М,М,) С11Р + С,С, (М„+ М,+

+ м )}. = о. (5)

Это кубическое уравнение относительно j> и один из его корней У -0.

) Этот корень соответствует движению

Х1,Х,Х и Х - перемещения соответствующих центров масс

М,, М„, МЗ, М4.

Учитывая реальные размеры вибратора и принятые характеристики единицы измерения упругих свойств грунтов (кг/cMz), целесообразно в расчете оперировать относительными величинами массовых и упругих свойств и представлять, их величины на единицу поперечного сечения находящегося под вибратором слоя грунтового основания.

Дифференциальные уравнения свободных колебаний системы могут быть записаны следующим образом:

М1Х +С (Х1- Х ) = О

М Х - С1 (Х - Xz) +Cz (Х -Х ) = О (1)

М Х -Са (Xz-Хз)+С (Хз-Х ) = О

М,Х„-С (ХЗ-Х,) + С;Х„= О

Чтобы йайти спектр собственных частот колебаний этой системы, примем решение уравнений (1) в виде:

Х„= A

Х A cosy !

Xq= Aq cos g

Здесь А,, А, Аз и Aq - амплитуды колебаний соответствующих центров масс М,, М, М и М,.

Стандартная процедура поиска собственных частот заключается в следующем: решение (2) подставляют в систему (1) .

Получают уравнение четвертой степени относительно р, называемое частотным уравнением; четыре корня этого ypas35 нения дают четыре частоты, соответствующие четырем нормальчым формам колебания системы.

Для упрощения дальнейших выкладок с учетом того, что слабо выветренный грунт практически осадку не дает и может быть объединен со скальным основанием (его можно учесть при очень точных расчетах), система уравнений (1) после подстановки (2) может быть записана следующим образом:

М, А17-С1 (A1 AK) = О ъ (>)

М А Р+ Ci (Ag-Ар)-С .(А Аз) = О

М,A,Р + С, (А,— Аз) = О

Из первого и третьего уравнений находим:

763506

0,17 кг.

Численное значение коэффициентов жесткости С и С совпадает с данными коэффициентов постели.

Таким образом, получаем1

С = 8 кг/см ; С = 1 кг/см

С = 9 кг/см .

Подставляя значение масс и коэффициентов жесткости в формулу (6), получают следующее:

0,05 У вЂ” Г.1(0,03+0,035) + 8 (0,03 +

+ 0,035)1У + 8 0,53 = О, (7)

Проведя необходимые преобразования, получают:

40 системы как жесткого тела без относительных смещений. Остальные два корня определяются из квадратного уравнения;

М М М Я (С (М М + М М3) + С

Ф (М Мз + M< Мз ) .Р + С1С г (М1+М1+М ) =О. (6) 5

Определяем значейия параметров

М1, М, M>, C1, С при следующих исходных данных: объемные массы насыпи 1, осадочного слоя 2 и сильно выветренных пород 3 равны соответственно 2 г/см, 1,6 г/см, 1,7 г/смз; высота каждого слоя равна 3 м1 коэффициенты упругого сжатия или коэффициенты постели слоев грунта соответственно равны: для насыпи 8 кг/см 15 для осадочного слоя 1 кг/см з сильно выветоенных пород 9 кг/cM

Учитывая, что при расчете системы вибратор-грунтовое основание используют численное значение для 20 масс в размере 1/3 от их полной величины, вычисляют значение колеблющихся масс:

М1 = 2r ° 300 ° — = 200 r = 0,2 кг;

М = 1 6 r ° 300 ° — = 160 r =0,16кгу

Р 3

M> = 1,7 г ° 300 ° 3= 700 г

0,05J - + 4 = о (8) или /"- 20p + 80 = 0 (9). — 5,5 1/c g = 15,1 1/c .

Соответствующие частоты равны:

f =@=0,4 q 24 кол/мин, = д =0,7 с 42 кол/мин.

Для высшей формы колебаний {42колр мин) характерно встречное движение соседних слоев, что может обеспечить максимальное относительное смещение, а следовательно, и максимальную деформацию и уплотнение.

Формула изобретения

Способ уплотнения слоистого, подстилаемого скальным грунтом основания, включающий поверхностное вибрирование грунта, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения послепостроечной поосадки грунта, перед началом процесса вибрирования определяют упругие, массовые и диссипативные свойства каждого грунтового слоя, лежащего выше скального, по которым затем определяют спектр частот собственных колебаний системы вибратор-слои грунтового основания и вибрирование осуществляют с частотой колебаний, соответствующей максимальной собственной частоте колебаний одного из слоев системы.

Источники информации, принятые Во внимание при экспертизе

1. Наставление по сооружению земляного полотна и верхнего строения пути, ч. Т, Земляное полотно, М., 1976, В помощь строителям БАМ, с, 170-192.

2. Данилова Н. Н. Технология строительного производства, Meeg Стройиз дат, 1977, с. 80.

763506

Составитель В. Трусконов

Редактор И. Харитонова техред,o. Легеза, Корректор И. Куска

Заказ 6244/26 Тираж 612 Подписное

BHHHtIH Государственного комитета СССР о делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент г. Ужгород, ул. Проектная, 4