Способ формирования профилированных траншей

Изобретение относится к области строительства промышленных и гражданских зданий и сооружений на слабых и осадочных грунтах, может быть использовано для формирования профилированных траншей и котлованов под возведение фундаментов и направлено на снижение трудоемкости и себестоимости формирования профилированных траншей, пригодных для строительных целей. Способ формирования профилированных траншей путем продавливания и раскатывания грунта рабочим органом в виде диска, установленного на оси. Продавливание и раскатывание грунта ведут пошаговым увеличением поперечного сечения первоначально образованной полости рабочим органом, состоящим из n дисков, форма и количество которых зависят от механических свойств грунта и заданного профиля формируемых траншей. Пошаговое увеличение полости ведут путем увеличения количества дисков с уменьшением их диаметров, начиная с одного диска наибольшего диаметра. Для закрепления стенок формируемых траншей ведут во время или после продавливания или раскатывания внедрение армирующего материала и/или пластифицирующей массы. Рабочий орган имеет покрытие с низкой адгезией. Снижается трудоемкость и себестоимость формирования траншей. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области строительства промышленных и гражданских зданий и сооружений на слабых и осадочных грунтах и может быть использовано для формирования профилированных траншей и котлованов под возведение фундаментов.

Также изобретение может найти применение для усиления фундаментов действующих зданий и сооружений, для формирования нижней части "стены в грунте" и прочее.

Решение проблемы высокоэффективного строительства сооружений на слабых грунтах прежде всего основывается на обеспечении надежности, экономичности строительства и эксплуатации оснований и фундаментов. При этом в стесненных условиях городской застройки большое значение приобретает подготовка основания и устройство фундамента без причинения ущерба фундаментам и конструкциям близрасположенных зданий и сооружений, в частности там, где ограничено воздействие динамических нагрузок на грунт.

Известен способ образования котлованов в песчаных грунтах, включающий пропитку грунта вяжущим раствором и вытрамбовывание котлована падающей инерционной массой по направляющей [Авторское свидетельство СССР №829785, кл. Е 21 В 7/24, опубл. 1981 г.].

Недостаток известного способа заключается в том, что для образования котлована используется динамическое воздействие на грунт, что может привести при строительстве в стесненных условиях городской застройки к ущербу фундаментам и конструкциям близрасположенных зданий и сооружений.

Кроме того, упрочненный (пропитанный) грунт в процессе вытрамбовывания неравномерно распределяется по площади стенок котлована. При пропитке упрочняются преимущественно горизонтальные слои грунта. При этом возникает необходимость пропитывания вертикальных стенок котлована, так как пропитанный вяжущим раствором грунт при вытрамбовывании остается преимущественно в верхней части стенок котлована, уменьшаясь с глубиной.

Известен способ формирования профилированных траншей, включающий вытрамбовывание котлована трамбовкой и погружение в него с последующей добивкой шаблона трамбовки, дальнейшее передвижение трамбовки вдоль оси образованной траншеи на расстояние, равное размеру верха котлована по этой оси, дальнейшее вытрамбовывание следующего котлована. При изготовлении каждого последующего котлована в предыдущих котлованах на время вытрамбовывания оставляют шаблоны трамбовки в количестве, определяемом по математической зависимости [Авторское свидетельство СССР №1559049, кл. Е 02 D 3/046, опубл. 1990 г.].

Недостаток известного способа заключается в том, что для образования котлована используется динамическое воздействие на грунт, что может привести при строительстве в стесненных условиях городской застройки к ущербу фундаментам и конструкциям близрасположенных зданий и сооружений.

Кроме того, способ является сложным и трудоемким в связи с тем, что требует дополнительного крепления шаблонов для удерживания их в проектном положении. При вытрамбовывании соседних траншей возникают силы, провоцирующие выпирание грунта, которые стремятся сдвинуть установленные шаблоны.

Известен способ уплотнения грунта в болотистой местности, заключающийся в образовании лунок в грунте для его промораживания путем погружения на обрабатываемую поверхность рабочего органа в виде катка с выступами на наружной поверхности и дальнейшего прокатывания его по поверхности грунта. Для получения лунок рабочий орган опускают на обрабатываемую поверхность в плавающее положение или рабочее положение, путем прижатия рабочего органа к грунту весом волокуши [Авторское свидетельство СССР №1742416, кл. Е 02 D 3/00, опубл. 1992 г].

Недостаток известного способа заключается в том, что его область применения ограничивается болотистой местностью, а рабочий орган не приспособлен для формирования профилированных траншей.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является способ формирования профилированных траншей путем продавливания и раскатывания грунта рабочим органом в виде диска, установленного на оси [Авторское свидетельство СССР №363790, кл. Е 02 F 5/08, опубл. 1972 г.].

Рабочий орган выполнен в виде диска со ступицей, на которой по обе его стороны устроены выступы с увеличивающейся высотой к центру рабочего диска. На оси рабочего диска имеется рама, к которой прикреплены упругие пластины для очистки диска и ступицы с выступами от налипающей почвы.

Недостатком известного способа является невозможность формирования профилированных траншей, пригодных для строительных целей. Известным способом нельзя получить котлованы с уплотненными и/или упрочненными стенками без повышения трудоемкости и энергозатрат.

Кроме того, известный способ предназначен лишь для формирования профилированных траншей в рыхлом грунте для сельскохозяйственных мелиоративных нужд.

Задачей настоящего изобретения является снижение трудоемкости и себестоимости формирования профилированных траншей, пригодных для строительных целей.

Поставленная задача решается тем, что в способе формирования профилированных траншей путем продавливания и раскатывания грунта рабочим органом в виде диска, установленного на оси, продавливание и раскатывание грунта ведут пошаговым увеличением поперечного сечения первоначально образованной полости рабочим органом, состоящим из n дисков, форма и количество которых зависят от механических свойств грунта и заданного профиля формируемых траншей, при этом пошаговое увеличение полости ведут путем увеличения количества дисков с уменьшением их диаметров, начиная с одного диска наибольшего диаметра.

Предпочтительно для закрепления стенок формируемых траншей во время или после продавливания или раскатывания вести внедрение армирующего материала и/или пластифицирующей массы.

Целесообразно рабочий орган выполнить с покрытием с низкой адгезией.

На фиг.1 представлено формирование профилированной траншеи с помощью экскаватора.

На фиг.2 - формирование профилированной траншеи с помощью трактора.

На фиг.3 - начало формирования траншеи одним диском наибольшего диаметра. (Вид рабочего органа для трактора).

На фиг.4 - пошаговое увеличение количества дисков на оси.

На фиг.5 - вид рабочего органа с n-дисками.

На фиг.6 - вид рабочего органа для трактора.

Сформировать котлован данным способом можно с помощью средств малой механизации: экскаватором 1 (фиг.1) или трактором 2 типа Т-100 (фиг.2), так как общее усилие, необходимое для формирования траншеи, можно разделить на произвольное количество отдельных ступеней путем пошагового увеличения поперечного сечения рабочего органа 3.

Рабочий орган 3 выполнен в виде n наборных дисков 4, установленных на оси 5 с возможностью перемещения вдоль нее и вращения вокруг нее. Для предотвращения налипания грунта рабочий орган 3 выполняют с покрытием с низкой адгезией, например фторопластовым покрытием. Размеры и количество наборных дисков 4 зависят от желаемой формы будущей траншеи, механических свойств грунта и технических характеристик гидравлической системы применяемой техники 1 или 2. Ось 5 с наборными дисками 4 крепится к прицепке (конкретная конструкция прицепки 6 для экскаватора представлена на фиг.3-5, прицепка 7 для трактора - на фиг.6) и крепятся регулировочными шайбами 8. Прицепки 6 или 7 прижимаются к грунту при помощи гидроцилиндров 9. Для облегчения погружения в грунт рабочего органа 3 внутри оси 5 устанавливают вибратор направленного действия (на чертежах не показан).

Рабочий орган 3 может представлять собой готовые к применению взаимозаменяемые комплекты наборных дисков 4 переменного поперечного сечения и диаметра в форме усеченного конуса. Комплекты наборных дисков 4 заменяют по мере раскатывания траншеи, причем замена рабочих органов разной конфигурации производится каким-либо приспособлением: транспортерного, револьверного или карусельного типа (на чертежах не показаны).

Способ формирования профилированных траншей осуществляют без выемки грунта путем его уплотнения при помощи рабочего органа 3 цилиндрической формы с переменным размером поперечного сечения посредством одновременного продавливания и раскатывания полости в массиве грунта до необходимой глубины.

В процессе раскатывания к рабочему органу прикладывается регулируемая по интенсивности нагрузка. С помощью предлагаемого способа формирования траншеи возможно получить котлован с уплотненными и/или упрочненными стенками путем добавления пластифицирующего и/или более прочного чем окружающий грунт материала в процессе одновременного продавливания и раскатывания. Также возможно сформировать уширенную зону уплотненного грунта в нижней части котлована с применением более прочного материала, чем окружающее грунтовое основание.

Рабочий орган 3 перемещается и устанавливается на рабочую позицию в том месте, где необходимо устроить траншею.

На каждом этапе уплотнения по мере увеличения количества дисков на оси 5 поперечное сечение траншеи будет увеличиваться. Образование полости конечной формы в поперечном сечении достигается несколькими ступенями раскатывания грунта рабочим органом 3. Раскатывание грунта на каждой ступени должно производиться до проектной глубины. Последовательность операций показана на фиг.3-5.

Перед образованием траншеи преимущественно в связных грунтах рабочий орган 3 с нужным количеством наборных дисков 4 с помощью силовых гидроцилиндров 9 опускается на обрабатываемую поверхность в плавающее положение, а при недостаточности заглубления наружной поверхности наборных дисков 4 рабочего органа 3 вдавливается в принудительном порядке при помощи гидроцилиндров 9. В этом положении рабочий орган 3 продавливают в обрабатываемую поверхность до погружения на проектную глубину, параллельно увеличивая величину усилия рабочего органа 3 на раскатываемый грунт.

В конце процесса раскатывания рабочий орган 3 с помощью гидроцилиндров 9 поднимается в транспортное положение.

Предложенный способ позволяет устраивать полости в труднодоступных местах строительной площадки и создать регулируемое усилие уплотнения на грунт при раскатывании.

Пример

При строительстве стандартного 9 этажного дома с прямоугольным в плане фундаментом в г. Тюмень необходимо сформировать ряд протяженных котлованов. Приповерхностные слои грунтовой толщи строительной площадки ниже растительного покрова и слоя плодородной почвы представляют собой суглинки с объемным весом 18 кН/м³, углом внутреннего трения 22°, удельным сцеплением 0,036 МПа, модулем деформации Е=6 МПа.

В качестве базовой машины для проведения данного вида работ используют экскаватор марки ЭО-4225 общим весом 25810 кг.

Исходя из общей массы базовой машины, расчетным путем получают необходимое количество ступеней раскатывания, то есть нужное число дисков для формирования требуемого профиля протяженного котлована. При общей массе экскаватора около 26 тонн (с учетом навесного оборудования) необходимо использовать рабочий орган, в сборе состоящий из 9 дисков, тем самым процесс формирования траншеи делят на 5 ступеней. Максимальное теоретически полученное усилие внедрения соответствует первой ступени раскатывания и составляет 15700 кгс.

Рабочий орган с полным набором дисков имеет ширину 500 мм, глубину погружения 500 мм и заострение в нижней части с углом отклонения граней от горизонтали 9°.

Формирование протяженного котлована в данном случае производят в связном грунте, и проблем с вертикальной устойчивостью стенок не возникает.

На других строительных площадках г. Тюмени, где грунтовое основание представлено супесями или песками, то есть менее связными грунтами, для борьбы против обрушения стенок котлована, а также с целью их упрочнения в процессе формирования траншей под фундаменты добавляют пластифицирующий материал в виде парафиногрунта. Данный пластифицирующий материал состоит из местного грунта, высушенного до постоянной массы, и парафина в размере 5% от сухой массы грунта. В результате применяемый пластифицирующий материал имеет улучшенные прочностные и деформационные характеристики. Так, при степени парафинирования 5% сцепление грунта возрастает в 5 раз, а модуль деформации - втрое.

В итоге формируют траншею шириной 500 мм, глубиной по краям 500 мм, с заостренной нижней частью с углом отклонения граней дна траншеи от горизонтали 9°. В зонах уплотнения грунтового массива у граней образованного котлована свойства грунта значительно отличаются от исходных значений.

Например, по сравнению с характеристиками грунта природного сложения угол внутреннего трения грунта уплотненной зоны увеличивается в среднем по зоне на 1-2°, удельное сцепление - в 1,15-1,9 раза, модуль деформации - в 1,2-2,5 раза.

Технический результат изобретения заключается в повышении несущей способности фундаментов, снижении трудоемкости их изготовления, снижении динамического воздействия на близрасположенные здания и сооружения при устройстве фундаментов, обеспечении надежности и экономичности строительства и эксплуатации основания и фундаментов для гражданских и промышленных зданий и сооружений.

1. Способ формирования профилированных траншей путем продавливания и раскатывания грунта рабочим органом в виде диска, установленного на оси, отличающийся тем, что продавливание и раскатывание грунта ведут пошаговым увеличением поперечного сечения первоначально образованной полости рабочим органом, состоящим из n дисков, форма и количество которых зависят от механических свойств грунта и заданного профиля формируемых траншей, при этом пошаговое увеличение полости ведут путем увеличения количества дисков с уменьшением их диаметров, начиная с одного диска наибольшего диаметра.

2. Способ формирования профилированных траншей по п.1, отличающийся тем, что для закрепления стенок формируемых траншей ведут во время или после продавливания или раскатывания внедрение армирующего материала и/или пластифицирующей массы.

3. Способ формирования профилированных траншей по п.1, отличающийся тем, что рабочий орган имеет покрытие с низкой адгезией.