Способ уплотнения массива просадочного грунта

 

Использование: уплотнение просадочных грунтов осадкой под собственным весом путем замачивания и сейсмического воздействия. Сущность изобретения: осуществляется образование котлована, бурение дренажно-взрывных скважин с закреплением их стенок, замачивание грунта, размещение в скважинах зарядов взрывчатого вещества и осуществление взрыва зарядов с осадкой грунта под собственным весом. Стенки скважин закрепляются путем их обжига при температуре ШО-1000 С в виде кольцевого слоя на глубину, равную 2/3 просадочной толщи. ТОЛЩИНУ кольцевого слоя определяют из зависимости t Pa.r/(R - Pa), где г - радиус скважины, РО - давление водонасыщенного грунта на уровне дна скважины, R - прочность обожженного грунта на сжатие. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

«« «»че««чД ) 7 ОО) 3А) (5 )5 Е 02 D 3/10

ГОСУДАРСТВЕН Н ОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ДBTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4804377/33 (22) 20.03.90 (46) 07.09.92. Бюл. P. 33 (71) Запорожское отделение Научно-исследовательского института строительных конструкций Госстроя СССР (72) И.В.Степура,.А.В.Павлов, В.С. Joкарев, А.С.Трегуб, С.И.Стецура, А.M.Ïàïàíèêoëà и А.С.Иокарев (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Г 1392201, кл. Е 02 Р 3/10, 1986, 2. Рекоменлации по уплотнению про садочных грунтов большой моцности гидровзрывным методом. М.: Стройиздат, 1984, с. 18-20. (54) СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ МАССИВА ПРОСАДОЧНОГО ГРУНТА (7) Использование: уплотнение просадочных грунтов осадкой под собственИзобретение относится к строительству, в частности к уплотнению просадочных грунтов.

Известен способ уплотнения просадочных грунтов (см. "Рекомендации по уплотнению просадочных грунтов большой мощности гидровзрывным методом".

М. Стройиздат, 1984, стр. 3-12, рис.2,б) (1) путем устройства котлована, бурения дренажных и взрывных скважин, при этом дренажные скважины заполняют дренажным материалом, который в процессе замачивания скважин дренирует воду и обеспечивает устойчивость стенок скважин, т.е. предохраняет их от оплывания, а во взрывные скважины устанавливают трубы для ным весом путем замачивания и сейсмического воздействия. Сущность изобретения: осуществляется образование котлована, бурение дренажно-взрывных скважин с закреплением их стенок, замачивание грунта, размещение в скважинах зарядов взрывчатого вещества и осуществление взрыва зарядов с осадкой грунта под собственным весом.

Стенки скважин закрепляются путем их обжига при температуре 400-1000 С в виде кольцевого слоя на глубину, равную 2/3 просадочной толщи. Толщин кольцевого слоя определяют из зависимости t = Р ° r/(R — P ), где г— радиус скважины, Рд — давление водонасыценного грунта на уровне дна скважины, Р— прочность обожженного грунта на сжатие. 3 ил. транспортирования взрывчатого вещества (ВВ) на требуемую глубину, затем эамачивают просадочную толщу через котлован и дренажные скважины, либо .только через дренажные скважины, пос" ле водонасыщения грунтов просадочной толщи через транспортные трубы во взрывные скважины транспортируют заряд ВВ и взрывают его, при этом структурные связи водонасыщенного грунта разрушаются и происходит интенсивное уплотнение грунта.

Недостатки данного способа: большой объем буровых работ, поскольку необходимо бурить как дренажные, так и взрывные скважины, большие расходы

1760013 дренажного материала и транспортновзрывных труб.

На сокращение буровых работ на-: правлен известный способ (см. там же (1), стр. 12-22, рис. 2,6, 7, 8, 9); с применением дренажно-взрывных скважин, т.е. когда дренажные и взрывные скважины совмещают, все остальные, технологические операции способа остаются такими же, как и в способе.. при разделенных дренажных и взрывных скважинах. Совмещенные дренажновзрывные скважины состоят из взрывкамеры для Размещения заряда ВВ 15 транспортной трубы и прослойки дренирующего материала между стенкой скважины, взрывной камерой и транспортной трубой, .при .этом транспортные .трубы и взрывные камеры. могут быть р разной конструкции и в различном исполнении.

Недостатки способа: большая потребность в дренажном материале, s .транспортных трубах и взрывных каме- 25 рах, кроме того, практика внедрения гидровзрывного метода показала, что испольэовать транспортные трубы для повторного применения не представляется возможным, поскольку при взрыве щ заряда ВВ, расположенного в контейнере, повреждается и транспортная труба, в результате чего ее или невозможно мэвлечь иэ-эа значительного трения в уплотненн грунте и обра зования "якоря" в месте разрыва трубы, или она существенно деформирована вследствие динамического воздействия при взрыве и извлечении.

На снижение расхода труб направ- 4{) лен известный способ уплотнения массива просадочного грунта по а.с.

Р 1392201 (2), заключающийся в том, что бурят дренажные скважины до верха эоны просадки от собственного ве- 45 са и заполняют их дренажным материалом, а также бурят взрывные скважины на глубину 0,9-1,0 глубины залегания просадочной толщи, защиту взрывных скважин от оплывания производят заполнением суспензией.

Недостатки данного способа заключаются в большом объеме буровых работ, т.к. требуется бурение как дренажных, так и взрывных скважин, в значительном расходе дренажного материала, кроме того, взвешенные час., тицы суспензии, которыми заполняют взрывные скважины, выпадают в осадок во время замачивания просадочной толщи, которое может длиться 1-1,5 месяца; что приводит к осложнению свобод-. ного опускания контейнеров со взрывчатым веществом и тогда требуется дополнительные меры по погружению контейнеров, что осложняет технику безопасности, Известен также способ уплотнения грунтов, техническое решение которого наиболее близкое к преллагаемому и принято авторами эа прототип, заключающийся в том, что бурят дренажные и взрывные скважины. Дренажные скважины заполняют дренажным материалом, а защиту взрывных скважин от оплывания во время замачивания осуществляют путем закрепления стенок скважин химическими методами, например, силикатиэацией, при этом закрепление стенок скважины химическими методами выполняют перед замачиванием на глубину

Ь вЂ” "- (см. стр. 18...20 (1j), Р г

I где .Рк - начальное давление просадочности г - объемная масса эамочениого грунта, т.е. закрепление грунта в стенках скважины осуществляют до глубины начального просадочного давления.

Восле этого приступают к замачиванию просадочной толщи и после ее водонасыщения во взрывные скважины опускают в контейнерах взрывчатое вещество и взрывают его. В результате замачивания и динамического воздействия происходит интенсивное уплотне- ние грунтов просадочной толщи.

Недостатки данного метода заключаются в следующем. Для закрепления грунтов в стенках взрывных скважин требуются химические реагенты, например, силикат натрия (жидкое стекло) в больших количествах, которые являются дешицитом, из-за чего в практике данный способ не применяется. Кроме того, закрепленные грунты химическими методами становятся водонепроницаемыми (химическое закрепление грунтов используют в практике для устройства водозащитных экранов), что не дает возможности использовать скважины с закрепленными стенками химическими методами в качестве фильтрацион60013

t -P r(R — P„), 5 17 ных, что требует большого объема буровых работ, т. к. возникает необходимость в бурении как дренажных, так и взрывных скважин, а также большого

1 количества дренажных материалов, кроме того, глубина закрепления стенок .,взрывных скважин силикатизацией, а, следовательно, глубина заложения зарядов на величину, соответствующую глубине начального просадочного давления, которая для лессовидных проса" дочных. суглинков не превышает 6...

7 м, недостаточная для обеспечения качественного уплотнения просадочных грунтов большой мощности, которая, например, в Среднем Приднепровье дос.,тигает 30...40 метров.

Целью изобретения является повышение эффективности уплотнения массива просадочного грунта за счет. снижения объема бурения, повышения фильтрующей способности стенок скважин и исключения применения дренажного материала.

Указанная цель достигается тем, что закрепление стенок скважин осуществляют путем их обжига при темпе" ратуре 400...1000 С. в виде кольцевого слоя на глубину, равную 2/3 просадочной толщи массива, причем толщи. ну кольцевого слоя принимают равной величине, определяемой из зависимости

1 где r " радиус скважины;

Рд - давление водонасыщенного грунта на уровне дна скважины;

Р - прочность обожженного грунта на сжатие.

При включении в просадочную толщу одного или нескольких прослоев грунта с низкой фильтрационной способностью, залегающих ниже глубины

2/3 просадочной толц и, обжиг грунта в стенках скважины осуществляют до глубины залегания подошвы нижнего слоя с низкой фильтрующей способнос-. тью.

На фиг. 1 показан процесс укрепления стенок скважин; на фиг. 2процесс замачивания просадочной толщи грунтов; на фиг. 3 - погружение контейнеров в скважину со взрывчатым веществом и их взрывание.

Способ осуществляют следующии образом,.

Бурят совмещенные скважины, т.е. скважины, которые будут выполнять одновременно функции дренажных и взрывных. Затем скважины оборудуют известной технологической оснасткой для обжига грунтов и в них сжигают топливо известным способом, заходками в направлении снизу вверх, начиная от дна скважины, в результате чего грунт вокруг скважин подвергается обжигу по всей глубине. Топливо сжигают в сква жине до тех пор, пока ширина обожженного кольца не достигнет размера,.

«Ра равного t = — — — — —. Для контроля на

R-P

d расстоянии r + t от оси скважины, где

r - - радиус скважины,,t - -ширина обожного кольца грунта, бурят контрольный шпур, в который устанавливают передвижную термопару и по достижении температуры 400 С на стенке шпура, сжигание топлива прекращают.

В результате сжигания топлива вокруг скважины образуется полый цилиндр из обожженного грунта с толщиной стенки, .равной величине t с температурой обжига до 1000 С.на внутЗ0 ренней поверхности скважины и 400 С на периферии обожженного цилиндра.

Как известно, грунт при температУре о нагрева в пределах 400-900 С достигает прочности на сжатие R соответственно 10-40 и более кг/см (см.

Подъяконов В.С. Термическое упрочнение грунтов в основаниях зданий и сооружений. Н,: Стройиздат, 1968, с. 21...22 (31), что обеспечивает щ устойчивость стенок скважин при за мачивании и предохраняет их от оплы° вания, Известно также, что фильтрационная способность обожженного грунта увеличивается в 35-45 раз за счет выгорания органических включений и увеличения пористости обожженного грунта (см. j3) стр. 21, а также Иатошин В.И. Исследование влияния газо50 проницаемости лессовых грунтов на эффективность их термообработки, К., 1974, стр. 10 $4), Литвинов И.М. "Укрепление и уплотнение просадочных грунтов в жилищном и прои. строитель% стве", К., "Буд вельник", 1977, стр. 127 Я), что резко повышает эф" фективность замачивания просадочной, толщи грунта, и, следовательно, эффективность его уплотнения.

7 176 . Таким образом сформированный полый цилиндр вокруг скважины из обожженного грунта обеспечивает устойчивость стенок и эффективную фильтра- . цию воды из скважины- в просадочную толщу, что исключает необходимость в дренажном материале.

После обжига грунта в стенках скважины оснастку для сжигания топлива демонтируют и приступают к замачиванию просадочной толщи через котлован и обожженные скважины; Поскольку стенки скважины с обожженным вокруг грунтом не оплывают и обеспечивают высокую степень фильтрации .воды в окружающий грунт, замачивание просадочной толщи осуществляют без заполнения скважин дренажным материа-! лом. Замачивание продолжают до полного водонасыщения просадочной толщи. При этом для повышения эффективности замачивания необходимо прорезать скважинами все слои слабопрони-. цаемых грунтов и обжиг стенок скважин осуществлять до подошвы водоупо" ра, ниже которого залегают просадочные слои. Затем контейнеры со взрывчатым веществом свободно опускают в скважины. Погружение контейнеров в скважины после замачивания возможно без применения транспортно-взрывных труб; поскольку обожженный грунт обеспечивает устойчивость стенок.в течение всего времени замачивания.

0013 значительных количествах, то техническое решение по прототипу.- защита стенок скважин ст оплывания при замачивании путем укрепления грунта в стенках скважины силикатизацией .не применяется.

Уплотнение просадочных грунтов осуществлялось до сих пор с применением совмещенных дренажно-взрывных скважин. При этом расход материалов на одну блок-секцию составляет: труб1200 м.п., щебенки для устройства дренажа - 170 мз.. В связи с большим расходом материалов разового использования и значительной их стоимостью предлагается новый способ уплотнения

20 просадочной толщи без применения. этих материалов, который осуществляют следующим образом.

После чего осуществляют взрывы зарядов,, в результате которых замоченная просадочная толща подвергает-. ся динамическому воздействию, при этом происходит разрушение природных связей между частицами грунта и их агрегатами и уплотнение просадочной толщи грунта, при этом обожженный грунт вокруг скважины разрушается под действием взрывной волны и, перемешиваясь с уплотняющимся водонасыщенным грунтом,, не препятствует его уплотнению, Пример. При застройке микрорайонов ГР 15, 16, 17 в г; Запорожье широко применяется метод уплотнения просадочных грунтов предварительным замачиванием с использованием энергии взрывов.. Для устройства основания 9-этажного крупнопанельного жилого дома спаренной блок-секции серии

96 с размерами в плане 12х50 м необходимо уплотнить просадочные грунты, залегающие на глубину 30 м;

Поскольку. жидкое стекло является большим дефицитом, а требуется оно в

Под всем пятном здания с выходом за его пределы на 5 м в каждую сторо-. ну по контуру бурят скважины в продольном и поперечном направлениях с шагом 5-6 м диаметром 250...300 мм на глубину 2/3 глубины просадочной толци. В данном примере t ëóáèíà скваЗо жины составляет 20 м.. Устье скважин герметизируют затвором i и на его базе монтируют трубу - удлинитель 2 форсунки 3. На расстоянии 2R- от оси контрольных скважин (2-3 штуки от

35 всего объема скважин) бурят шпуры 4 диаметром 50...70 мм и в них устанавливают многослойные или передвижные термопары 5. Затем через форсунку 3 подают топливо и воздух, которые, пе4(} ремешиваясь, образуют горючую смесь, воспламеняющуюся на выходе из трубыудлинителя форсунки от электрозапальника 6, Температуру горения в скважине поддерживают в пределах 800...

yg 1000 С. Обжиг грунта осуществляют заходками 7 в направлении снизу вверх, начиная от дна скважины. В результате температурного воздействия на грунт 8 вокруг стенок скважин конщ вективной, радиационной и теплопроводной теплопередачей происходит интенсивный обжиг грунта. Сжигание топлива ведут до достижения на стенке шпура 4 температуры 400 С, которая

55 контролируется термопарой 5. Это означает, что грунт на расстоянии t подвергнулся обжигу в пределах температур 400...1000 С. При этом прочность грунта на сжатие повысилась от

1...1,5 до 10...40 кг/см2, что обеспечивает устойчивость стенок скважин при последующем замачивании. В процессе обжига в грунте происходит выгорание органических примесей, появляютсл микротрещины в результате усушки грунта, вследствие чего фильтрационные свойства повышаются в

35...45 раэ, что обеспечивает значи- 1п тельное увеличение водопроницаемости стенок скважины.

Обжиг грунта в стенках скважин осуществляют захватами па 25...30 скважин одновременно в каждой. Обжиг грунта одной захватки длится 2...

3 суток, затем технологическую оснастку перемонтируют на следующую захватку. По окончании обжига грунта в стенках скважин на всей площадке 20 приступают к замачиванию просадочной толщи через скважины 9 и котлован 10, объединяющий все скважины. Замачивание просадочной толщи через обожженные скважины происходит . эна- 25 чительно интенсивнее по сравнению с замачиванием по прототипу, поскольку дренажный материал, заполняющий скважины, оказывает- сопротивление потоку воды, кроме того, поры грунта в не ДО обожженных стенках скважин кольмати .руются, что снижает в значительной степени фильтрацию воды.

Замачивание продолжают до полного водонасыцения грунтов просадочной толщи, при этом контроль осуществля- З5 ют через наблюдательные скважины.

По окончании замачивания в каждую скважину опускают контейнеры с зарядами взрывчатого вещества и взрывают. 4Q

В результате замачивания и динамического воздействия происходит интенсивное уплотнение грунтов по всей глубине просадочной толщи под пятном будущего здания. В процессе взрывов обожженные стенки скважин разрушают- ), ся, т.к. давление от взрывной волны превышает на 4 порядка прочность обожженного грунта. В результате уплотнения грунтов просадочной толщи а@ дневная ее поверхность оседает до 1 2 м и полностью устраняется просадочность. При этом хотя грунт и уплотнился, он обладает низким модулем деформации, т.к. находится в состоянии в@ текучей консистенции. Поэтому возникает необходимость устраивать грунтовую подушку, уплотнение которой .осуществляют укаткой или трамбовани13 10 ем. Затем приступают к монтажу фундаментов.

В предлагаемом способе уплотнения грунтов применяется известный технологический прием - обжиг грунтов (см.

"Иетодические рекомендации по технологии термического закрепления просадочных грунтов на глубину до 25 м".

К., НИИСК, 1982) (6), а также

Л.В.Гончарова "Основы искусственного улучшения грунтов, М., ИГУ, стр. 124 (7J, однако цель и конечный результат при этом совершенно иные, Во-первых, в предлагаемом способе уплотнения грунтов известный технологический прием используют для обжига грунта лишь в стенках скважины толщиной слоя 10.. ° 15 см вокруг нее для получения "цилиндра" иэ обожженного грунта, заменяющего функции трубы, с целью защиты стенок скважины от оплывания и сохранения ее устойчивости с тем, чтобы после замачивания была бы обеспечена возможность погружения в ее полость зарядов взрывчатого вещества на требуемую глубину просадочной толщи и тем самым исключения из технологии уплотнения дефицитных труб. Во-вторых, обжиг грунта в стенках скважин используется с целью повышения фильтрационной способности скважин, т.е. ее дебита с тем, чтобы ускорить процесс замачивания грунтов просадочной толщи, исключив при этом из технологии уплотнения дренажный материал (щебень или песок). При этом обжиг грунта в стенках скважин осуществляют лишь на 2/3 глубины просадочной толщи.

Конечный результат применения обжига грунтов в предлагаемом способеповышение эффективности уплотнения просадочных грунтов за счет уменьшения объема буровых работ, ускорения процесса замачивания просадочной толщи, экономии труб и дренажного мате" риала, тогда как конечный результат обжига грунтов в известном способе (6) — устранение просадочности грунтов за счет их термического укрепления в просадочной толще. При этом целью обжига грунтов является получение закрепленных массивов (грунтостолбов) диаметром по 2 ° ..3 м каждый. Причем обжиг грунтов становится эффективным только при условии его осуществления на полную глубину просадочной толщи.

Pa r

R-P а

11 176

Если в предлагаемом способе в конечном итоге устранение просадочности происходит за счет разрушения природных связей .между частицами грунта и, следовательно, структуры грунта и em уплотнения, то в известном способе (61 устранение просадочности происходит наоборот за счет укрепления природных связей. Отличительная особенность предлагаемого способа в сравнении с прототипом состоит в том, что взрывные скважины являются одновременно и дренажными, а защиту их стенок от оплывания осуществляют обжигом грунта вокруг них, при этом обжиг грунта производят на глубину 2/3 мощности просадочной толщи.

По прототипу защиту стенок взрывных скважин от оплывания осуществляют химическими методами, например, силикатизацией. При этом производят нагнетание жидкого стекла или других реагентов в поры грунта, где происходит в результате химических реакций образование геля кремниевой или других кислот, вследствие чего происходит укрепление грунта в стенках скважин, однако они становятся водонепроницаемыми, что вынуждает наряду со взрывными скважинами бурить дренажные скважины, а защиту их стенок от оплывания и обеспечения фильтрации воды осуществлять заполнением щебнем или крупнозернистым песком, глубина закрепления взрывных скважин не превышает глубины начального просадочного давления, т.е, не более 6...

7 м, что при большой мощности проса- дочной толщи, например, 30...40 м недостаточно, т.к. действие взрывной волны на такой глубине весьма слабое.

0013 12 ванил просадочной толщи, отпадает необходимость B дренажном материале.

Кроме того, поскольку в практике внедрения метода уплотнения просадочных грунтов предварительным замачиванием с использованием энергии взрывов закрепление стенок взрывных скважин химическими методами не применя10 ется из-за отсутствия химреагентов в больших количествах, то для обеспечения транспортирования зарядов на. требуемую глубину используют трубы, то предлагаемый способ обеспечивает экоЯ номию труб.

Формула изобретения

Способ уплотнения массива проса20 дочного грунта, включающий образование котлована, бурение дренажновзрывных скважин с закреплением их стенок от оплывания, замачивание грунта через скважины, размещение в

25 скважинах зарядов взрывчатого вещества и осуществление взрыва зарядов с осадкой грунта под собственным весом, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности уплот"

Щ нения за счет снижения объема бурения, повышения фильтрующей способности стенок скважин и исключения дре- ., нажного материала; закрепление стенок скважин осуществляют путем их обжига при 400-1000 С в виде кольцевого слоя на глубину, равную 2/3 просадочной толщи массива, при этом толщину кольцевого слоя принимают равной величийе, определяемой из зависимости

Указанные отличительные особенности предлагаемого способа по сравнению с прототипом обеспечивают следующий эффект: сокращается объем буровых работ, сокращаются сроки замачигде r - радиус скважины;

Р— давление водонасыщенного грунта на уровне дна скважины; ч

Р— прочность обожженного грунта на сжатие.

1760013

Обжиг гру

1760013

Замн.чиеение лросвдочной Взрывание

ТОЛЩИ зарядов

Составитель И.Степура

Техред M. Иоргентал Корректор. Т. Вашковиц

Редактор С.Кулакова

Заказ 1207 Тираж Подписное

ВНИИПК Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5,. Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðoä, ул. Гагарина,101