Способ строительства грунтового сооружения на обводненном участке
Владельцы патента RU 2465387:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет" (С(А)ФУ) (RU)
Изобретение относится к строительству в зонах распространения сезоннопромерзающих и многолетнемерзлых пород грунтовых сооружений (технологических площадок, дамб, дорог, взлетно-посадочных полос и других объектов) на обводненных, сильно деформируемых основаниях. Способ строительства грунтового сооружения на обводненном участке включает возведение водопропускной системы из грунта, упрочненного вяжущим, например нефтью, послойную отсыпку основной части сооружения, укладку на его поверхности подстилающего слоя и покрытия. При значительных гидравлических напорах поверхностных вод на сооружение в составе водопропускной системы возводят горизонтальные водоупорные и фильтрующие валики высотой 0,3…0,5 м. Затем послойно отсыпают основную часть сооружения и одновременно возводят водопропускную систему в виде перпендикулярно расположенных друг к другу водоупорных и фильтрующих вертикальных диафрагм. Технический результат состоит в повышении надежности и сроков эксплуатации сооружения, снижении материалоемкости и трудоемкости возведения сооружения. 1 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к строительству в зонах распространения сезонно-промерзающих и многолетнемерзлых пород грунтовых сооружений (технологических площадок, дамб, дорог, взлетно-посадочных полос) на обводненных территориях, сильно деформируемых основаниях.
Известны различные технологии возведения грунтовых сооружений на обводненных территориях, например способ отсыпки на поверхность влажных грунтов слоя щебня, исключающего увлажнение тела сооружения за счет гидравлического подпора и капиллярного подъема воды. Недостатком указанных способов является применение для капилляропрерывающего слоя дорогостоящих щебня-клинца, древесины, что существенно ограничивает его применение.
Известен состав для стабилизации деформируемого при увлажнении грунтового основания, содержащий для упрочнения гипс, цемент, известь, различные минеральные добавки (Патент РФ №2281356 «Состав для стабилизации грунта и способ его использования в дорожном строительстве»). Однако многократные циклы промерзания-оттаивания грунтов в основании и теле сооружения приводят к снижению морозостойкости и разрушению искусственно упрочненного объекта.
Известен способ укрепления сооружения за счет нагрева грунта и нефти, перемешивания, введения в смесь необходимого количества бактериальных культур и удаления из смеси легких углеводородных фракций. Полученную смесь грунта с «тяжелой» нефтью дополнительно нагревают и производят послойную укладку, уплотнение ее в процессе возведения различных по назначению объектов (Патент РФ №2135680 «Способ укрепления грунтов»). Способ позволяет существенно сократить применение дорогостоящих вяжущих - цемента, извести, битума при возведении сооружений из пылеватых, деформируемых при увлажнении грунтов. Способ обеспечивает упрочнение, гидрофобизацию пылеватых (слабых) грунтов, снижает их увлажнение поверхностными и грунтовыми водами как на контакте нижней части сооружения с грунтовым основанием, так и по высоте возводимого объекта. Указанное решение характеризуется значительными затратами на приготовление, укладку уплотнение всего объема грунта, необходимого для возведения сооружения.
Наиболее близким к заявляемому решению является техническое решение строительства дорог на сильно деформируемых грунтовых основаниях (Патент РФ №2312181 «Дорожная конструкция»). Способ позволяет на обводненных участках трассы возводить в нижней части сооружения дренирующий слой (водопропускную систему) из грунтов, заранее обработанных вяжущими материалами. На поверхности водопропускной системы послойно отсыпается основная часть земляного полотна (грунтового) сооружения. Гидроизолирующая обойма и дренирующий слой выполняются из грунтов, например нефтью. Это техническое решение принято за прототип. Указанное решение позволяет частично снизить объемы, затраты на изменение строительных свойств грунтов, сильно деформируемых при увлажнении, и возводить долговременно действующие сооружения. Однако данный способ не нашел применения в районах избыточного увлажнения грунтовых оснований и сооружений.
Задачей настоящего изобретения является снижение затрат при строительстве на увлажненных поверхностными водами участках грунтовых сооружений с продленными сроками эксплуатации.
Поставленная задача достигается тем, что строительство грунтового сооружения на обводненном участке включает возведение водопропускной системы из грунта, упрочненного вяжущим, например нефтью, послойную отсыпку основной части сооружения, укладку на его поверхности подстилающего слоя и покрытия, причем при значительных гидравлических напорах поверхностных вод на сооружение в составе водопропускной системы возводят горизонтальные водоупорные и фильтрующие валики высотой 0,3…0,5 м, затем послойно отсыпают основную часть сооружения и одновременно возводят водопропускную систему в виде перпендикулярно расположенных друг к другу водоупорных и фильтрующих вертикальных диафрагм.
Сущность заявляемого решения заключается в следующем.
Способ строительства грунтового сооружения на обводненных участках включает возведение из грунта, упрочненного вяжущим, например нефтью, водопропускной системы, послойную отсыпку основной части сооружения, укладку на поверхности сооружения подстилающего слоя и покрытия.
В случаях наличия на осваиваемых участках гидравлических напоров поверхностных вод на сооружение свыше 0,03 ати на обводненном участке одновременно с отсыпкой основной части грунтового сооружения возводят водопропускную систему в виде перпендикулярно расположенных друг к другу водоупорных и фильтрующих вертикальных диафрагм.
При наличии на осваиваемом участке поверхностных вод с гидравлическим напором на сооружение менее 0,03 ати входящую в состав грунтового сооружения водопропускную систему возводят в виде перпендикулярно расположенных друг к другу водоупорных и фильтрующих горизонтальных валиков высотой 0,3…0,5 м от поверхности основания. Между валиками и над ними послойно отсыпают основную часть грунтового сооружения.
К существенным признакам заявляемого решения по сравнению с прототипом относятся следующие:
- в случаях наличия на осваиваемых участках значительных гидравлических напоров поверхностных вод на сооружение одновременно с отсыпкой основной части грунтового сооружения возводят водопропускную систему в виде перпендикулярно расположенных друг к другу водоупорных и фильтрующих вертикальных диафрагм;
- при наличии на осваиваемых участках гидравлических напоров поверхностных вод на сооружение менее 0,03 ати водопропускную систему возводят в виде перпендикулярно расположенных друг к другу водоупорных и фильтрующих горизонтальных валиков высотой 0,3…0,5 м от поверхности основания, а затем между валиками и над ними послойно отсыпают основную часть грунтового сооружения.
Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности «новизна».
В отличие от прототипа заявляемый способ позволяет в сложных гидрогеологических условиях, за счет применения как горизонтальных водоупорных, фильтрующих валиков из упрочненного пылеватого грунта, так и вертикальных водоупорных и фильтрующих диафрагм, возводить сооружения из пылеватых грунтов на сильно обводненных территориях. Способ позволяет оптимизировать затраты на возведение сооружений из пылеватых грунтов за счет выполнения в составе водопропускных систем водоупорных и фильтрующих элементов.
Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других решениях при изучении данной и смежных областей техники, а также не очевидны специалистам в данной области техники и, следовательно, заявляемое техническое решение соответствуют критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
Предлагаемый способ реализуется следующим образом.
При наличии на грунтовых сооружениях значительных гидравлических напоров поверхностных вод на сильно обводненном участке одновременно с отсыпкой основной части грунтового сооружения возводят водопропускную систему. В составе ее возводят перпендикулярно расположенные друг к другу водоупорные и фильтрующие вертикальные диафрагмы (на всю высоту сооружения), а затем на поверхности объекта укладывают подстилающий слой и рабочее покрытие.
На участках, имеющих гидравлические напоры поверхностных вод по отношению к сооружению менее 0,03 ати, водопропускную систему, входящую в состав грунтового сооружения, возводят в виде перпендикулярно расположенных друг к другу водоупорных и фильтрующих горизонтальных валиков высотой 0,3…0,5 м от поверхности естественного рельефа местности. Затем между валиками и над ними послойно отсыпают основную часть грунтового сооружения, укладывают сверху подстилающий слой и рабочее покрытие.
Необходимо отметить, что горизонтальные фильтрующие валики и диафрагмы выполняют из искусственного щебня, выполненного, например, из термоокисленной смеси пылеватых песков с нефтью, а водоупорные валики и диафрагмы - из сильно пылеватых или глинистых грунтов.
Способ рекомендуется использовать в районах, не имеющих качественных по строительным свойствам песчано-гравийных карьеров, на обводненных поверхностными водами участках. Данное решение позволяет применять местные пылеватые грунты из ближайших к объекту карьеров, исключает использование традиционных дорогостоящих дорожно-строительных материалов, на 20…30% сокращает затраты на выполнение земляных и транспортных работ. При этом представляется возможным беспрепятственно пропускать под грунтовыми сооружениями поверхностные воды. Решение позволяет на 15…25% повысить надежность и сроки эксплуатации в сложных природных условиях грунтовых сооружений.
1. Способ строительства грунтового сооружения на обводненном участке, включающий возведение водопропускной системы из грунта, упрочненного вяжущим, например нефтью, послойную отсыпку основной части сооружения, укладку на его поверхности подстилающего слоя и покрытия, отличающийся тем, что при значительных гидравлических напорах поверхностных вод на сооружение в составе водопропускной системы возводят горизонтальные водоупорные и фильтрующие валики высотой 0,3…0,5 м, затем послойно отсыпают основную часть сооружения и одновременно возводят водопропускную систему в виде перпендикулярно расположенных друг к другу водоупорных и фильтрующих вертикальных диафрагм.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при гидравлических напорах поверхностных вод на сооружение менее 0,03 ати водопропускную систему возводят в виде перпендикулярно расположенных друг к другу водоупорных и фильтрующих горизонтальных валиков высотой 0,3…0,5 м, а затем между валиками и над ними послойно отсыпают основную часть грунтового сооружения.
