Способ термического укрепления макропористого грунта

 

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО УКРЕПЛЕНИЯ МАКРОПОРИСТОГО ГРУНТА, вклю-. чакЕций образование основной и всп(Я4О-г гательных скважин, их герметизацию, сжигание в основной скважине горю чих смесей, нагнетание горячих газов в грунт, высушивание и нагрев грунта, отлич ающийся тем, что, с целью снижения продолжительности процесса и энергозатрат, перед образованием скважин производят снижение между ними газопроницаемости поверхности грунта, после высушивания грунта осуществляют нагнетание в него через сквгикиНы порошкообразных гидрата окиси кальция и активйого кремнезема, а после нагрева грунта производят вакуумирование вспомогательных скважин в течение времени, равного времени температуры стенки основной скважины до температуры , соответствующей, началу реакции образования гидросиликата кальция, а нагнетание горячих газов ведут при давлении 0,8-1,0 мПа в интервале температур, соответствующих температурам образования гидросиликата кальция и начала его дегидратации , причем вспомогательные скважины образуют от основной на расстоянии , определяемом из зависимости g i Aotio+AeI Не м (Л irfle Cg - продолжительность нагревания грунта г ч; «-впродолжительность вакууми§ i рования грунта, ч, Н, - высота укрепляемого массива грунта, м, АОскорость укрепления грунта при нагревании, ) АВскорость укрепления грунта при вакуумировании,м/ч. 4 00 ел со

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1П щп Е- 02 D 3/11

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТИРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3349783/29-33 (22) 30.10.81 (46) 15.10.83. Бюл У 38 (72) A. П. Юрданов (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени текстильный институт нм. A. Н. Косыгина (53) 624.138.9(088.8) .(56) 1. Авторское свидетельство СССР . В 538094, кл. Е 02 D 3/11, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

9 685762, кл. Е 02 О 3/11 1977. (54) (57) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО .УКРЕПЛЕНИЯ МАКРОПОРИСТОГО ГРУНТА вклю .. чакиций образование основной и scncMoгательных скважин, их герметизацию, сжигание в основной скважине горючих смесей, нагнетание горячих газов:в грунт, высушявание и нагрев грунта, отличающийся тем, что, с целью снижения продолжительности процесса и энергозатрат, перед .образованием скважин производят снижение между ними газопроницаемости поверхности грунта, после высушивания грунта осуществляют нагнетание в него через скважины порошкообраз» ных гидрата окиси кальция и активного кремнезема, а после нагрева грунта производят вакуумирование вспомогательных скважин в течение времени, равного времени снижения температуры стенки основной скважины до температуры, соответствующей началу реакции образования гидросиликата кальция, а нагнетание горячих газов ведут при давлении 0,8-1,0 мПа в интервале температур, соответствующих температурам образования гидросиликата кальция и начала его дегидратации, причем вспомогательные скважины образуют от основной на расстоянии, определяемом из зависимости

1 л

,где (,д « продолжительность нагревания грунта, ч и

Нц — высота укрепляемого массива грунта, м, Ао - скорость укрепления грунта при нагревании, м /ч

Ae - скорость укрепления грунта при вакуумированни,м /ч.

1048053

Изобретение относится к строительству оснований и фундаментов зданий и сооружений на слабых грунтах, в частности к их укреплению путем термического воздействия.

Известен способ термического укрепления грунта, включающий бурение скважины, герметизацию ее затвором, сжигание в скважине горючих смесей, и нагнетание горячих гаера а грунт(1). 10

Наиболее близким к изобретению, является способ термического укрепления грунта, включающий образова- . ние основной и вспомогательных скважин, их герметизацию, сжигание в ос- t5 новной скважине горючих смесей, нагнетание горячих газов, в грунт, высушивание и нагрев грунта (2j .

Недостатком указанных способов является их ограниченная область 20 применения вследствие относительно малой прочности образующегося путем обжига материала, которая не превышает 0,5-2 мПа, что недостаточно для использования обожженных такими способами грунтовых массивов в качестве фундаментных и других конструкций в грунте. Кроме того, указанные способы длительны по времени и энергоемкости.

Цель изобретения - снижение продолжительности процесса и энергозатрат.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термического укрепления макропористого грунта, . включающему образование основной и вспомогательных скважин, их герметизацию, сжигание в основной скважине горючих смесей, нагнетание горячих газов в грунт, высушивание и .40. нагрев грунта, перед образованием скважин,производят снижение между ними газопроницаемости поверхности грунта, после высушивания грунта осуществляют нагнетание в него через 45 скважины цорошкообразных .гидрата окиси кальция и активного кремнезема, после нагрева грунта производят вакуумирование вспомогательных скважин в течение времени, равного вре- 5 мени снижения температуры стенки основной скважины до температуры, соответствующей началу реакции образования гидросиликата.кальций, а нагнетание горячих газов ведут йри давлении 0,8-1,0 мПа в интервале тем-55. ператур, соответствующих температу-. рам образования.гидросиликата кальция и начала его дегидратации, причем вспомогательные скважины образу ют от основной на расстоянии, апре-, 60. деляемом иэ зависимости

Нс где ьо — продолжительность нагревания грунта, ч, л в — продолжительность вакуумирования грунта, ч, Нц — высота укрепляемого массива грунта, м, Ap — скорость укрепления грунта при нагревании,. м /ч, скорость укрепления грунта при вакуумировании, м /ч.

На чертеже изображена скважина в укрепляемом макропористом. грунте, разрез, и схема размещения оборудования и контрольной аппаратуры.

ТехнолоГия способа состоит в следующем.

Основную 1 и вспомогательные 2 скважины образуют после экранирования дневной поверхности между ними, например,,путем уплотнения грунта тяжелыми трамбовками, на расстоянии друг от друга, определяемом из соотношения (1), и. герметиэируют их затворами 3 с горелками 4 и отводами 5.

Затем через горелки 4 в основную скважину 1: подают горючие смеси и

-сжи гают их при и з быточном давле н ни, а горючие газы б нагнетают в укрепляемый массив грунта 7 до его высушивания. Завершение процесса высушивания определяют моментом прекращения выхода паров воды через отводы

5 на вспомогательных скважинах 2. при открытых вентилях 8.

После этого в основную 1 и вспомогательные скважины 2 нагревают тонкомалотые гидраты окиси кальция

Са(ОН) и активный кремнезем St0g, например измельченный кварцевый песок, пока они не заполнят поры грунта на участке 9 укрепляемого макропо-: ристого грунта 7. Это контролируется расходом компонентов, отбором проб грунта и визуальным осмотром стволов скважин 1,и 2 через смотровые глазки 10 иа. отводах 5. Затем в основной скважине 1 продолжают сжигание смесей при давлении выше 0,.8 мПа и нагревают макропористый грунт 7 в ин.тервале температур начала реакции

;образования гидросиликата кальция

Са0еSIO Н О, которая протекает при 160-120аС, до начала его дегидратации, составляющей 500-520 С.

В таком интервале температур нагревают грунт стенок 11 соответственно вспомогательных 2 и, основной 1 сква-. жин, что проверяют показаниями термопар 12, соединенных с самопишущи-, ми приборами 13. После этого сжигание топливных смесей прекращают и включают вакуум-насос 14, а основную скважицу 1 герметизируют, перекрыв вентили 8 на.горелке 4 и отводе 5.

Процесс вакуумирования укрепляемого массива макропористого грунта 7 продолжают, пока температура стенки основной скважины 1 не снизится до

1048053

Предлагаемый . способ Известный

, способ

Характеристика работ

Стенки скважин

2,39

1,2

1,2

1 2

108

32

25 температуры начала реакции образования гидросиликата кальция (170-180 C).

Перед началом работ По герметизации вспомогательных скважин 2 зат-. ворами 3 наружные стенки 15 этих скважин можно экранировать, например, 5 уплотнением грунта, что снижает тепловые потери и расход Ca(OH)j и SfOj за пределы укрепляемого массива грунта 7.

Предлагаемый способ основывается 1О на том, что при температурах около

175 С и давлении 0,8 мПа смеси

Са(ОН) и активного SiOg реагируют образованием гидросиликата кальция по реакции t5

Ca(0H)g + SiOg Ca0i SION Н О (2)

Необходимые для протекания этой. . реакции условия возникают за счет--снижения газопроницаемости дневной поверхности между скважинами 1 и. 2,- 70 что позволяет создать в укрепляемоймассиве грунта избыточное давление . ,выше 0,8 мПа. При этом в грунте после его высушивания при 100-110ОС остается достаточное количество влаги 75 для протекания реакции по схеме (2 ) a,íåoáõoäèMàÿ äëÿ реакции температу-. ра 170-180аС достигается нри разме- щении скважин 1 и 2 на расстоянии, .: определяемом из соотношения (1).

Предлагаемый способ по сравнению.. с известным обеспечивает повьааение прочности укрепляемых обжигом груй тов, снижение расхода тепла .за счет уменьшения температуры обработки, уменьшение объема укрепляемого массива благодаря увеличению его несущей способности, что .существенно расширяет технологические возможное ти способа и дает возможность исполь.зования его для изготовления термо«. 40 грунтовых массивов, и конструкций в грунте, работающих на сдвигающие.и сжимакицие нагрузки.

При этом для протекания химичес» кой реакции .(2) с образованием гид- ..45 росиликата кальция в основной скважине 1 необходимо создавать при нагнетании горячих газов избыточное давление 0,8-1,0 мПа. Выход эа пре дели этого диапазона давления не 5О обеспечивает нормального протекания реакции (2) в наиболее короткий срок.

П р и.м е р. На площадке произ- .: водят термическое укрепление макро,диаметр укрепленного массива грунта, м

Общая продолжительность .обработки, ч пористого лессового суглинка порис:тостью 50%, мощностью 15 м, опираккцегося на слабый непросадочный суглинок. Влажность макропористого грунта 0,1. Установлено, что скорость обжига для температуры 400 С составляет 1 м /ч, скорость вакуумирования 2 м /ч. Сопротивление сдвигу грунта, обожженного при 400 С, равно 10 тс/м1.Расчетная нагрузка 400 тс.

Основные и вспомогательные скважины.1 и. 2 пробуривают диаметром

0 15 м. Перед бурением поверхность грунта между скважинами 1 и 2 уплотняют тяжелыми трамбовками на глубину 1 м. После герметизации скважин затворами и монтажа отводов в основную скважину 1 нагнетают смеси жидкого топлива с теплотой сгорания

40 мДж/кг и сжатого. воздуха, подаваемого от компрессора, создающего дав-. ление 0,8 и 1,0 мПа, производительностью 6 мэ/мйн. Вакуумирование вспомогательных скважиносуществляют вакуум-насосом с производительностью

5 м /мин и давлением до 0,18 мПа.

Для измерения температуры грунта применяют термопары 12 типа XA-ХШ в массиве и типа РРЗО в скважинах

1 и 2 и самопишущие электронные по тенциометры 13 на 24 точки. Визуаль-, ный контроль в скважинах осуществляют оптическими пирометрами через смотровые глазки 10 °

Высушивание грунта в объеме укрепляемой части продолжается 10 ч, компоненты Ca(OH)g и Si02 нагнетают в пропорции по объему 1:9. На. нагревание грунта после инъекции в .поры компонентов затрачивают 20 ч. Степень заполнения пор комп6нентами варьируют в пределах 0,05-0,2.

Продолжительность, вакуумирования грунта после прекращения его нагревания составляет 5 ч. .Одновременно на площадке в аналогичных.условиях выполняют обжиг грун« та известным способом. Для обеспечения несущей способности 400 тс требуется упрочнить объем грунта в

71,7 м, .ка что затрачивается 108 ч и расходуется тепла 143400 мДж и воздуха 172000 м7

Опытные данные и сравнИтельный анализ предлагаемого и известного способов приведены в таблице

° Ю гладкие перфори- с пророванные резями

1048053

Продолжений таблицы

Известный способ

Предлагаеиай способ

Стенки скважин

400

357

520

322

3,16 ° 4,60

2,85

500-600

То же То же, 180200 вспомогательных

0;058 0,074

0,043 50 5

35 Е а2,2

33,9

Характеристика работ

Несущая способность, тс

Среднее. сопротивление на сдвиг по внешнему контуру, тс/м

Температура грунта в стенках скважины,<С основной

Средний расход смеси гидрата ойиси кальция и.кремнезема на 2 м укрепленного массива грунта, м

Средниф расход жидкого топлива .на 1 мз укрепленного грунта, кг

Предлагаемый способ позволяет сократить продолжительность унрочне- Щ ния макропористых грунтов .на 70-78 ч>, уменьшить расход топлива и воздуха гладкие перфори- с пророванные резямн

s 4,8-.6,3 раз.благодаря повышению несущей способности укрепленного массина грунта и уменьшению его объема в 3,4-4,4 раза.

ВНИИПИ Заказ 7880/33

Тираж 673 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Ужгород,ул.Проектная,4