Способ уплотнения слоистого подстилаемого скальным грунтом основания

НЛт; ., "кд Ь-щЖчвв чрдП И А О (. И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Соаетскии Социалистических республик(22) Заявлено 280878 (21) 2658053/29-33с присоединением заявки Йо(51)М, Клз Е 01 С 19/22 Государственный комитет СССР но делам нзобретеннй н открытнй(72) Автор изобретения С.М. Новак Специальное конструкторско-технологическое бюроГлавного управления по строительству Байкало-Амурскойжелезнодорожной магистрали Министерстватраиспортного строительства СССР(54) СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ СЛОИСТОГОПОДСТИЛАЕМОГО СКАЛЬНЫМ ГРУНТОМ ОСНОВАНИЯ 25 Изобретение относится к области строительства, в частности,к строительству оснований дорог и различных сооружений.Известен способ сооруженйя грун товых 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, 15Однако при осуществлении известного способа достигают уплотнения только близлежащих поверхностных слоев грунта, что впоследствии не избавляет основание сооружения от 20 значительных послепостроечных осадок.Целью изобретенияявляется уменьшение послепостроечной просадки грунта. Поставленная цель достигается тем, что по 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 максималь" ной собственной частоте колебаний одного иэ слоев системы.На Фиг. 1 схематично показано УT- лотняемое основание, раэрез 1 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 5Уплотнение 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.Диссипативные свойства характери"зуют меру рассеяния энергии при колебаниях и определяются по известнымметодикам, например, по вибропрограмме затухающих колебаний, либо по,площади динамической петли гистереэи 5са.Зная упругие, массовые и диссипативные значения вибратора, по его технической характеристике определяютспектр частот собственных колебанийсистемы, кОторая включает в себя вибратор 6, насыпь 1 и слои грунтовогооснования 2-4, Устанавливают вибраторна насыпь и возбуждают колебания вибратора с частотой, близкой к однойиз собственных частот системы. Привозбуждении колебаний, близких к ве-личинам собственных частот системы,происходит нарастание амплитуды колебания частиц грунтового основаниякак проявление эффекта резонанса 20при совпадении частот вынужденных исобственных колебаний системы,Для обеспечения максимального эффекта уплотнения слоя 2 грунтовогооснования, дающего наибольшую расчетную просадку, частота колебаний вибратора, а, следовательно, и форма .колебаний выбираются таким образом,чтобы контактные с данным слоем верхний 1 и нижний 3 слои грунтового ЗОоснования колебались в противофазе.При этом эффективному уплотнению подвергаются все остальные слои грунтового основания с силу проявленияэффекта .резонанса,Х 1,х,хз и Хр- перемещения соответствующих центров массМ М, МЗ, М 4.Учитывая реальные размеры вибратора и принятые характеристики единицы измерения упругих свойств грунтов(кг/см), целесообразно в расчетеоперировать относительными величинами массовых и упругих свойств и представлять их величины на единицу поперечного сечения находящегося подвибратором слоя грунтового основания.Дифференциальные уравнения свободных колебаний системы могут быть записаны следующим образом".М 1 Х+С (Х- Х) = Ом,х,- с(х, - х,)+с(х,-х,) = О (1)Мз Хз-С (Х-Хз ) +Сз (Хз-Хр) = ОМ,хц-Сз (Хз-Х) + С,Х = ОЧтобы йайти спектр собственныхчастот колебаний этой системы, примемрешение уравнений (1) в виде:Х= Асов р 1Х,= А, сов у(2)Х А совуХ= Ар сов рЗдесь А А, Аз и А - амплитудыколебаний соответствующих центровмасс ммм, и м,Стандартная процедура поиска собственных частот заключается в следующем:решение (2) подставляют в систему (1) .Получают уравнение четвертой степениотносительно р, называемое частотнымуравнением; четыре корня этого урав нения дают четыре частоты, соответствующие четырем нормальчым формамколебания системы.Для упрощения дальнейших выкладокс учетом того, что слабо выветренныйгрунт практически осадку не дает иможет быть объединен со скальным основанием (его можно учесть .при оченьточных расчетах), система уравнений(1) после подстановки (2) можетбыть записана следующим образом:М, А 1-С 1 (А 1-А ) = Оъ Р)Ме АЯ+ С 1 (Ае А) С(Аг Аз) = ОМзАР + С (Аа- Аз) = ОИз первого и третьего уравненийнаходим: П р и м е р. Для моделированияданной конкретной ситуации представляют вибратор и грунтовое основаниекак динамическую систему, наделенную упругими и массовыми свойствами. 40Для упрощения расчетов в данномслучае не учитывают диссипативные силы (рассеяние энергии при колебаниях); так как эти силы на определениедиапазона резонансных частот влияют 45слабо, а учет диссипативных сил необходим при подборе мощности приводавибратора, где их влияние при резонансном режиме работы являетсявесьма существенным. 50Расчетная динамическая схема системы вибратор - грунтовое основание может быть представлена дискретной моделью, изображенной нафиг, 2,На фиг. 2 М Мэ Мз и М, моделируют массовые, а С, С, С и Срупругие свойства, соответственно,вибратора и насыпи 1, поверхностногоосадочного слоя 2, слоя 3 сильно .выветренных пород, слоя 4 слабо выветренных пород.Система колеблется на неподвижйомосновании 5 (см. фиг. 1).Р в 1 п сд 1возмущающая сила виб"ратора; Подставляя эти выражения в уравнение(М 1 А 1 + МА + МзАзЦ) = О, (4)которое получается путем сложенияуравнений (3, находим:+ мз). = О. (5)Это кубическое уравнение относительно У и один из его корней У =О.Этот корень соответствует движению0,17 кг.Численное значение коэффициентов жесткости Си С совпадает с данными коэффициентов постели.Таким образом, получаем: С, =, 8 кг/см ; С = 1 кг/смх.С = 9 кг/см.3Подставляя значение масс и коэффициентов жесткости в формулу (6), получают следующее:0,05 У - Г.1(0,03+0,035) + 8 (0,03 + + 0,035)1 У + 8 0,53 = О, (7) Проведя необходимые преобразования, получают: 30 35 40 системы как жесткого тела без относительных смещений. Остальные два корня определяются из квадратного уравнения;М М М О С (М М + М М 3) + С (ММз + ММз),Р + С 1 Сг(М 1+М 1+М) =О. (6) 5Определяем значейия параметров М 1 М, М, С 1, 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 м 1 коэффициенты упругого сжатия или коэффициенты постели слоев грунта соответственно равны:для насыпи 8 кг/см 15для осадочного слоя 1 кг/смзсильно выветоенных пород 9 кг/смУчитывая, 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:М 1 = 2 г300- = 200 г = 0,2 кг;25М = 1,6 г300 - = 160 г =0,16 кг 1Р )1,7 г 300 - = 700 г 0,05 У- + 4 = О (в) или фф - 20 Р+ 80 = 0 (9) .- 5,5 1/с; Я = 15,1 1/сэ,Соответствующие частоты равны:1,=ф=0,4 Ч24 кол/мин, = д 0,7 с42 кол/мин.Для высшей Формы колебаний (42 колр мин) характерно встречное движение соседних слоев, что может обес" печить максимальное относительное смещение, а следовательно, и максимальную деформацию и уплотнение.формула изобретенияСпособ 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 фвибратор-слои грунтового основания и вибрирование осуществляют с частотой колебаний, соответствующей максимальной собственной частоте колебаний одного из слоев системы.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Наставление по сооружениюземляного 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 М г Стройиздат, 1977, с. 80.763506 Составитель В, Трусконовдактор И. Харитонова техред,О. Легеза, Корректор Т об Жиал ППП Патент г. ужгород, ул. Проектная,Заказ 6244/26 ВНИИПИ Госуд по делам и 113035, Москва, аж 612енного комтений и отРаушская Подписноеета СССРытийаб., д. 4/5