Исследователи Южно-Уральского государственного университета создали уникальную технологию для глубокого уплотнения грунтов, которая сможет радикально изменить состояние наших дорог. Новая разработка призвана устранить одну из главных проблем российского дорожного хозяйства – быстрое ухудшение качества дорожного покрытия и частый ремонт.
Плохо подготовленное грунтовое основание под нагрузкой начинает проседать, и асфальтовое покрытие сначала деформируется, потом разрушается. Появляются волны, колеи, глубокие просадки и локальные ямы. В настоящее время подготовка грунта перед прокладкой дороги проводится с помощью тяжелой техники – катков, которые многократно проходят по участку, «утюжа» землю. Из-за того, что катки не могут уплотнить основание на достаточную глубину, уплотнение производится послойно с досыпкой. Челябинские ученые предложили оригинальное устройство, предназначенное для установки на экскаваторы. Подобно сверлу, оно проникает в грунт и уплотняет его на глубину до трёх метров, обеспечивая высокую прочность основания дороги.
«Конструкция представляет собой конусообразный металлический корпус и специальный планетарный механизм, включающий ролики и подшипники, которые создают дополнительное давление и вибрацию. Вращение обеспечивает гидравлический двигатель, – объясняет доцент кафедры гидравлики и гидропневмосистем ЮУрГУ Марат Асфандияров. – Принцип действия такой: экскаватор опускает устройство в предварительно подготовленный участок, конус начинает вращаться, «расклинивает» грунт и уплотняет его во всех направлениях по всей глубине внедрения рабочего органа. Благодаря такому методу глубина уплотнения достигает значительных показателей – до трёх и более метров, чего невозможно достичь стандартными технологиями уплотнения катками».
Исследователи провели ряд экспериментов на различных грунтах, включая супеси, пески и глины. Важно отметить, что сухие сыпучие материалы, такие как песок, демонстрируют низкую способность к уплотнению. Однако увлажнение существенно улучшает ситуацию: коэффициент уплотнения возрастает с 0,8 до почти 0,99. Это означает, что применение увлажняющих устройств (например, форсунок) позволяет повысить эффективность процедуры многократно.
Эксперименты подтвердили, что новый способ уплотнения способен обеспечить долгий срок службы дорог – до 25 лет без серьезных ремонтных работ. Новый механизм также применим для возведения гидротехнических сооружений, укрепления набережных и возведения оснований зданий любого масштаба.
«Еще одним несомненным плюсом данной технологии является равномерное уплотнение по всей глубине, что позволяет использовать наше изобретение для строительства новых и укрепления существующих гидротехнических объектов, таких, как дамбы, плотины, насыпи и прочие инженерные сооружения, – комментирует инженер кафедры гидравлики и гидропневмосистем ЮУрГУ Кирилл Гундарев. – Пару лет назад из-за большого количества осадков в стране возникали серьёзные проблемы, включая разрушения дамб и последующее подтопление населённых пунктов. Причина заключалась в недостаточной прочности защитных конструкций. Наш метод позволяет получить не только плотное несущее основание, но и прочный удерживающий каркас, для этого необходимо залить образовавшиеся от уплотнения воронки бетоном, после этого конструкция выдержит любые экстремальные нагрузки природного характера».
Уникальная технология, разработанная челябинскими учеными, позволит также строить особо прочные фундаменты для жилых домов. При этом сама установка с уплотнительным устройством – мобильная, не требует прокладки коммуникаций и заменяет собой несколько видов строительной техники. Все материалы и комплектующие – российского производства.
Над новой технологией ученые работали семь лет. Подобных решений на сегодня не существует ни в России, ни в мире. На изобретение получен патент. Исследователи готовы приступить к широкомасштабным испытаниям при участии промышленных партнеров.