Результат интеллектуальной деятельности: Способ укрепления слабых грунтов основания дорожного полотна

Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано для укрепления слабых грунтов при возведении оснований автомобильных и железнодорожных дорог, аэродромов и других подобных сооружений. Способ включает подачу в грунт водоцементного раствора с поверхности водоцементными струями высокого давления с помощью струеформирующей насадки и формирование вертикально направленной опорной системы

Известен способ усиления грунтового основания, включающий бурение скважин, установку в них инъекторов, имеющих перфорированную часть, нагнетание через инъекторы под пригрузом инъекционного цементного раствора в грунт с обеспечением его гидроразрыва при давлении 5-20 атм, причем инъекторы после укрепления грунта не извлекают из него. В одну скважину устанавливают три различных по высоте инъектора, предназначенных для цементации различных по глубине слоев грунта, причем при установке в скважину трех инъекторов ее осуществляют таким образом, чтобы перфорированная часть каждого последующего инъектора располагалась ниже перфорированной части предыдущего, не перекрывая ее (Патент РФ №2439246 МПК⁸ Е02D 3/12, опубл. 10.01.2012).

Недостатком данного способа является малая область закрепления и необходимость бурения скважин, что требует дополнительного оборудования и средств.

Известен также способ усиления грунтового основания, включающий нагнетание в грунт под давлением 2-10 атм твердеющего раствора в виде песчано-цементной смеси. Раствор подают через инъекторы, которые располагают в грунте с шагом 2-3 м и погружают на глубину активной зоны поэтапно. При недостаточной степени водонасыщения лессового грунта его предварительно замачивают водой до степени водонасыщения 0,7-0,9 (Патент РФ №2059044, МПК⁸ E02D 3/12, опубл. 27.04.1996).

Недостатком данного способа является небольшая область закрепления от инъектора, обусловленная исключительно фильтрационными свойствами грунтов, и неоднородность массива.

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому является способ включающий погружение в грунт инъекторов, подачу раствора и формирование вертикально направленного инъекционного тела. Подачу раствора производят одновременно не менее чем через три инъектора, установленных вдоль прямой линии на одинаковом расстоянии друг от друга, равном 5-10 диаметрам инъекторов, и фиксацией на заданном уровне до начала процесса инъецирования (Патент РФ №2259446, МПК⁸ E02D 3/12, опубл. 27.02.2005).

Недостатком наиболее близкого технического решения является то, что не обеспечивается достаточная плотность грунта, низкая производительность и высокая трудоемкость.

Задачей настоящего изобретения является повышение прочности грунтов основания земляного полотна автомобильных и железнодорожных дорог, увеличение производительности, снижение трудоемкости обслуживания оборудования и материалов.

Поставленная задача достигается тем, что способ укрепления грунтов основания дорожного полотна включает подачу в грунт водоцементного раствора с поверхности водоцементными струями высокого давления и формирование вертикально направленной опорной системы, подачу водоцементного раствора производят под давлением около 50 МПа через струеформирующую насадку в процессе погружения плунжера под весом катка-инъектора в его корпус, формирование вертикально направленной опорной системы осуществляют в виде пространственных столбцов конусовидной формы.

На фигуре 1 изображена машина для закрепления слабых грунтов, на фигуре 2 приведен продольный разрез плунжера, на 3 фигуре представлена струеформирующая насадка.

Машина для закрепления неустойчивых грунтов представляет собой каток-инъектор 1, оснащенный прицепным устройством 2 для буксирования машиной тягачом. Во внутренней полости катка-инъектора находится заранее приготовленная водоцементная смесь, а на его внешней поверхности расположены плунжеры 3 со струеформирующими насадками. Работа катка-инъектора осуществляется следующим образом: при буксировке машиной-тягачом происходит его перекатывание, вследствие чего под действием веса катка плунжеры поочередно утапливаются в корпус, создавая в плунжерной полости избыточное давление. Под действием избыточного давления водоцементная смесь нагнетается в укрепляемый массив через струеформирующую насадку, расположенную в торцевой поверхности плунжера. При дальнейшем перекатывании катка-инъектора плунжер освобождается от веса катка и под действием пружины 4 возвращается в исходное положение (выдвинутое), одновременно заполняя через всасывающий клапан плунжерную полость из емкости катка водоцементным раствором.

Способ укрепления грунтов основания дорожного полотна осуществляется следующим образом: подают в грунт водоцементный раствор с поверхности водоцементными струями высокого давления и формируют вертикально направленную опорную систему, причем подачу водоцементного раствора производят под давлением около 50 МПа через струеформирующую насадку 2 в процессе погружения плунжера 3 под весом катка-инъектора 1 в его корпус, формирование вертикально направленной опорной системы осуществляют в виде пространственных столбцов конусовидной формы.

Технический результат достигается за счет того, что нагнетание цементного раствора в грунт с помощью катка со струеформирующей насадкой позволяет создать упрочняющую опорную систему в виде пространственных столбцов, при этом формой столбцов являются конусы. По всей площади укрепляемого участка столбцы воспринимают нагрузку и распределяют ее по всему участку основания дорожного полотна.

Выполнение упрочняющей опорной системы в виде столбчатой (конической) конструкции, а не сплошной плиты позволяет значительно экономить материальные ресурсы. При необходимости создания сплошной породобетонной конструкции, обладающей высокой несущей способностью, выполняется многократный проход катком-инъектором.

Предложенное техническое решение позволило повысить прочность грунтов, увеличить производительность закрепления дорожного полотна в 10-20 раз, снизить трудоемкость обслуживания оборудования и расход материалов.