Способ возведения стены в грунте

 

Использование: при сооружении фундаментов при защите котлованов от грунтовых вод. Сущность изобретения: Способ B03aeJ деиия стены в грунте включает проходку траншеи под защитой тиксотропного раствора его деструкционную обработку с последующим заполнением траншеи твердеющим или нетвердеющим материалом . Деструкционную обработку осуществляют путем воздействия на буровой раствор направленным вдоль оси траншеи вибрационным полем с интенсивностью, определяемой по приведенной формуле. В дальнейшем продолжают периодически воздействовать вибрационным полем с интенсивностью , определяемой по приведенной формуле. 2 ил. со с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 02 D 5/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИек! и н

Ъ»

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4866420/33 (22) 18.09.90 (46) 23.11.92. Бюл. N 43 (71) Специализированный проектно-изыскательский и экспериментально-конструкторский институт "Гидроспецпроект" (72) В.М. Королев, В.И. Долотказин, О.Е. Смирнов, Г.С. Эткин и И. Г.I àëüïåðèí (56) кн. М.И. Смородинов, Б,С, Федоров, "Устройство сооружений и фундаментов способом "стена в грунте", М., Стройиздат, 1986, с. 25-26, 57-58. (54) СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ СТЕНЫ В

ГРУНТЕ. (57) Использование: при сооружении фундаментов при защите котлованов от грунтовых

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при сооружении фундаментов, защите котлованов от грунтовых вод или для уменьшения фильтрации воды под основаниями гидротехнических сооружений.

Известен способ возведения стены в грунте, включающий проходку траншеи под защитой бурового раствора и заполнение ее твердеющим материалом (см. а.с. М 624989, кл. Е 02 Р 15/06, 1976, СССР).

Недостатками этого способа являются большие затраты и низкое качество при выполнении работ по возведению стены в грунте в связи с тем, что при заполнении траншеи происходит медленное вытеснение загустевшего раствора из траншеи, что

„„5U 1776719 Al вод. Сущность изобретения: Способ возве дения стены в грунте включает проходку траншеи под защитой тиксотропного раствора его деструкционную обработку с последующим заполнением траншеи твердеющим или нетвердеющим материалом. Деструкционную обработку осуществляют путем воздействия на буровой раствор направленным вдоль оси траншеи вибрационным полем с интенсивностью, определяемой по приведенной формуле. В дальнейшем продолжают периодически воздействовать вибрационным полем с интенсивностью, определяемой по приведенной формуле. 2 ил. увеличивает сроки выполнения стены в грунте и ухудшает качество материала. { Ь

Известен способ возведения стены в грунте, принятый за прототип, включающий проходку траншеи под защитой бурового раствора, его деструкционную обработку и О заполнение траншеи материалом (см. книгу

M.È. Смородинов, Б.С. Федоров, Устройство сооружения и фундаментов способом

"стена в грунте", М., Стройиздат, 1986, с.

25 — 26, 57 — 58).

Недостатками данного способа являются большие затраты и низкое качество при выполнении работ по возведенl1ю стены в связи стем, что операции по проходке траншеи и заполнению ее твердеющим или нетвердеющим материалом разделены значительным промежутком времени, при

1776719 этом буровой раствор, находящийся в траншее в состоянии покоя, сильно загустевает вследствие проявления тиксотропных средств. Поэтому погружение в траншею, например, комовой глины в такой загустевший буровой раствор сильно затруднено, т.k, глина зависает в верхней части траншеи с образованием сводов.

При заполнении траншеи твердеющим материалом (например, глиноцементным раствором), методом вертикального перемещения трубы (ВПТ) происходят прорывы

"языков" глиноцементного раствора на поверхность и перемешивание его с буровым раствором, что исключает полное вытеснеwe бурового раствора из траншеи и ухудшает качество материала "стены в грунте".

Деструкционная же обработка бурового раствора путем перекачки его насосом связана со значительными затратами, поскольку используется насос большой мощности, Целью изобретения является сокращеwe затрат и повышение качества возведения "стены в грунте".

Поставленная цель достигается тем, что . в способе возведения стены в грунте, включающем проходку траншеи под защитой тиксотропного бурового раствора, его деструкционную обработку с последующим заполнением траншеи материалом, деструкционную обработку осуществляют путем воздействия на буровой раствор направленным вдоль оси вибрационным полем с начальной интенсивностью. определяемой по формуле:

9А после чего осуществляют периодическое воздействие вибрационным полем с интенсивностью (In), определяемой по формуле:

Т

In

0,00205 + 0,000126 Т где!н, In — начальная и периодическая интенсивности вибрационного поля, воздействующего на буровой раствор в траншее (см. xc ").

А= еп (К(е" — 1 }

K=(— "-) — коэффициент эффективности, г» о

1< < и И

1 +057 ti

И/у М4-соответственно скорость заполнения траншеи материалом при воздействии на буровой раствор вибрационным полем, и без его воздействия, t> — продолжительность времени. в течение которого буровой раствор;в

5 траншее находится в покое перед началом воздействия на него вибрационнь м полем (мин), Т

tn

10 (1 + 0,57 tz } (1 + 0,57 з }

Ьа сг

1 — 0,57 Inm в=1+(е"-1)е"

R — 0,00205 1н

1 + 0 000126! н .

tn — продолжительность перерывов при периодическом воздействии вибрационным полем на буровой раствор в тран25 шее(мин).

Предлагаемый способ показан на фиг.

1, 2 где на фиг. 1 дана принципиальная схема возведения стены в грунте при проходке траншеи агрегатом СВД-500, на фиг. 2 — при

30 проходке грейфером.

Способ возведения стены в грунте осуществляют следующим образом.

Производят проходку траншеи 1 агрегатом СВД-500 под защитой бурового раство35 ра. По окончании проходки неизбежна техническая пауза между временем окончания этой операции и началом следующей. В течение этого промежутка времени проявляются тиксотропные свойства бурового

40 раствора 3 и происходит значительное его загустевание, Для возвращения буровому раствору 3 первоначальной подвижности производят его деструкционную обработку . путем воздействия на него вибрационного

45 поля, Для этого в траншею 1 опускают металлический элемент 4 с укрепленными на нем вибраторами 5, создающими вибрационное. поле, и продвигают вдоль фронта траншеи 1. при этом величина

50 интенсивности вибрационного поля находится в пределах 50-1500 см с з (см. табл, 2, стр. 134). t

Скорость осаждения комков глины 5 в буровом растворе в вязко-пластичной

55 жидкости получают из решения уравнения по книге "Гидравлика глинистых и цементных растворов". Авторы А,Х. Мирзаджанзаде и др. Из-во "Недра", с. 225, формула

VI.42

1776719

Об) 2qu

2gU то !

1+3h

roe

rt

К= х

45 (6) К а1н

1+ы, ЬА а — ЫпА где (7) о

1 +Pt е — К

U и, т .g

А где d — диаметр комков глины, у1 и у- удельный вес глины и бурового раствора, rt — напряжение сдвига бурового раствора через t мин., нахождения в состоянии покоя, ц- структурная вязкость бурового раствора, Учитывая, что в рассматриваемых условиях

;Й

2gu - 2 и следовательно, формулу (1) можно представить в следующем виде:

2g 1 — dU

15) гс g

При наложении поля сдвиговых деформаций, например, вибрационного поля на буровой раствор 3 в траншее 1 его характеристики меняются (он разжижается), вследствие этого скорость осаждения комков глины в траншее, наполненной буровым раствором, меняется (увеличивается) с Ut скорость осаждения комков глины в буровом растворе до воздействия на него вибрационным полем (до Ul) то же, но после воздействия вибрации). Введем понятие коэффициента эффективности К, показывающий; во сколько раз уменьшаются напряжения сдвига бурового раствора после воздействия на него вибрационным полем.

К=

rt Ц где т1 — напряжения сдвига бурового раствора после воздействия на него вибрационным полем с интенсивностью 1.

Из формулы (2) определяем, что:

Откуда; — "- = ()

Ut 2 т Ul

Следовательно:

5 гс и (3) и, Как показывают теоретические и экспериментальные данные, если раствор находится в покое, то величина структурных связей в нем, обусловленная тиксотропны"0 ми свойствами (rl ) возрастает по следующей зависимости:.

rt = о е + ь

ЯЮ (4) где го — напряжение сдвига бурового раствора при полностью разрушенных структурных

15 связях, обусловленных тиксотропными свойствами, а и P- константы, характерные для данного вида раствора, определяемые экспери-, ментально, среднее значение для бентонитовых растворов равно: а=1. P=0,57, Как показали исследования, в условиях воздействия на тиксотропную систему (бентонитовые растворы) вибрационным полем величину структурных связей () можно оценить по следующей зависимости: а н

1+Ы, ц =ro+(rt — ra) е %) 30 где 1н — начальная интенсивность вибрационного поля, (смз с ), а и b — константы, определяемые экспериментально, средние их значения для бен35 тонитовых растворов равны a=-0,00205 и b=

=0,000126.

Подставляя значения т и г в формулу (3), получаем: сА t a lH

t,+pt 1+ ы, rp + (rp e — т, ) е аА т

1 +Pt е,С

1 +, 1+(е — 1)е

50 Откуда определяем IH.

1776719 где

А еп К

К(е" — 1) т и

1 +057t

10 с

1+0,57t

При этом 1<К<е . Это условие. отражает факт, что если в буровом растворе разрушить даже все структурные связи, обусловленные тиксотропными свойствами, 15 в нем будут существовать структурные связи, характеризуемые to, обусловленные уже другими его свойствами.

За счет воздействия вибрационного поля с начальной интенсивностью 1н в течение)20 времени tt в буровом растворе достигается определенная степень разрушения структурных тиксотропных связей, при этом можно определить эффективную продолжительность пока t2, которому эта величина струк- 25 турных связей соответствует, иэ следующей зависимости: где

-ать а!н

1+Ын

to+(t t1 -t o)e = о(ц -t o)(9) З0

Преобразуя уравнение (9) и подставляя численные значения констант а, р, а, и b, определяем значение t2

12 — - " — g" (10) 35

a-penn 1 — 057enm (12) где

t а!н аМ+ 1 + Ын

40 Периодичность воздействия вибрационным полем на буровой раствор можно обеспечить двумя способами: отключением виброустановки или, что более целесообразно, посредством перемещения ее по

45 длинетраншеи приэтомдлинуобрабатыва-. емой заходки {!3) можно определить по формуле:

Ън

2г Vs

Подставляя численные значения констант, получим:

I!1 A

0,00205 + 0,000126 !и А

t 0.00205 н

1+0,57t. 1+0.000126 !н

= 1+(е -1) е

В дальнейшем экономичнее воздействовать на буровой раствор вибрационным полем периодически. в этом случае разрушаются только структурные тиксотропные связи, которые восстанавливаются только в течение перерывов в воздействиях вибрационным полем, В этом случае требуемая интенсивность вибрационного поля будет значительно меньше, чем начальная и она будет тем меньше, чем короче перерывы в воздействии поля.

Определение требуемой интенсивности периодического вибрационного поля можно осуществлять исходя из следующего:

Зная 2 и продолжительность перерывов (tn) при воздействии вибрационным полем на буровой раствор, определим необходимую интенсивность периодического вибрационного поля (In), необходимую для поддержания полученной степени разрушения структурных тиксотропных связей бурового раствора из уравнения

t3 8 !н t2

1+0,57t3 1+Ь |н 1+0,57t2 г е е =to e (11) тз=т2 tn

Преобразуя уравнение(11) и подставляя значения а,Р, а и b: получим значения необходимой интенсивности периодического вибрационного поля:

I—T Т а — b Т вЂ” 0,00205 + 0,000126 То где

То

t3

1+ 0,57 t2 1 +0,57 т3 (l +0,57 t2) (1 +0,57 t3) или

Т— — t и (l +0,57 t2) (1 +0.57 t3) Окончательно

0,000126 Т + 0,00205 где (!+0,57t2)(1+0,57 t3) ! где 6 — допустимая длина обрабатываемой заходки траншеи вибратором (м), r — радиус действия вибратора (м), tn — продолжительность перерыва периодического вибрацион ного поля, для которой определена периодическая интенсивность вибрационного поля I (мин).

1776719

5

20

30

ЛК

Ь!

45 где

6 0,023= -3,78

Чь — скорость возврата виброустановки из конца эаходки в ее начало (холостой ход) (м/мин), to — необходимая продолжительность обработки бурового раствора в зоне действия вибратора (мин).

Необходимо учитывать, что при первоначальном разрушении тиксотропных связей бурового раствора с интенсивностью

IH длительность вибрирования to может достигать 30 с, а при последующем периодическом воздействии необходимая длительность вибрирования то=5 — 10 с, При первоначальном включении виброустановки с интенсивностью вибрирования

4 можно принимать длину заходки. равную

g, ее прийдется пройти несколько раэ виброустановкой до полной стабилизации повышенной подвижности бурового раствора, что будет свидетельствовать о возможности перехода на периодичный режим вибрации, при этом интенсивность вибрирования уменьшается до I>, то есть в данном случае с1500до476см хс .

В качестве возбудителей вибрационноr0 поля (стационарных или передвижных) целесообразно использовать виброустановки типа ВУР-2, ВУР— 3 и ВУР-4. При этом для создания направленного вибрационного поля необходимо применять гасители колебаний, располагая их вдоль стенок траншеи, и проводники колебаний, устанавливаемые по оси траншеи. Гасители колебаний целесообразно крепить нежестко, а проводники колебаний — жестко к рабочему органу вибратора в области его действия и перемещать их вместе с ним, Для определения оптимального диапазона значений интенсивности вибрационного поля вводим, понятие интенсивности разрешения тиксотропных связей бурового раствора (i) Л К- приращение степени уменьшения тиксотропных связей бурового раствора при воздействии на него вибрационным полем интенсивностью It и!г, t y — o, t y1 и!г, Л l=lz-11 — приращение интенсивности вибрационного поля, Продолжительность действия вибрационного поля не учитывается, т.к. разрушение тиксотропных связей бурового раствора при наложении вибрационного поля происходит очень быстро (за 30-60 секунд).

В таблице приведены значения I, определенные по экспериментальным данным, Из приведенных данных следует, что наибольший эффект разрушения тиксотропных связей бурового раствора происходит при интенсивности вибрационного поля

1=50 — 1500 см с, при этом 1-0,0021-0,025.

При 1500 смгсм <1<50 см с эффект разрушения тиксотропных связей раствора ухудшается, при этом 1=0,0016-0,0006.

Пример 1. Для возведения "стены в грунте" используется агрегат СВД-5002 (фиг, 1), При проходке траншеи 1 используют буровой раствор 3. Перед заполнением траншеи 1 материалом 6 буровой раствор 3 в ней находился 3 суток (4320 минут) в покое. Определим начальную и периодическую интенсивности вибрационного поля и максимальную длину заходки, обрабатываемой передвигающейся виброустановкой, если радиус действия вибратора г=0,5 м, продолжительность перерывов в наложении вибрационного floRA to=5 мин и скорость передвижения виброустановки из конца заходки в ее начало ЧУ=30 мlмин, Учитывая, что максимальная величина коэффициента эффективности воздействия вибрационного поля равна:

\/1 + 0,57 и- оо тое

В

Kmax= =е

Й=о о

=5,78

Для расчета зададимся K=5,2, при этом скорость осаждения, комовой глины в буровом растворе траншеи Ui, а следовательно и скорость заполнения траншеи увеличится в 2,3 раза, т.к, Vi= 1/ КО - 5,2Ut=2,3Ut

Далее по формуле (8) определяем начальную интенсивность вибрационного поля:

I 4320

t+astt 1+ о.от ео е

-, з

t аз;о

1 0.5Т! г тг-и6

К(е — 1) 52(e — 1) — 3,78 — 0,00205 + 0,000126 (— 3,78 ) смгс-3

1776719

10

fn1,36=0,307

1,1(e — 1) InA=ln 0,9- -0;1

Тогда н— 0,1

1,227

1 — 0,57 х 1,227

017 1 — +—

20,5 30

Таким образом, полученная начальная интенсивность вибрационного поля равна верхнему пределу оптимального диапазона.

Далее по формуле (10) определяем значение t2 5

432О

1 +0,57 4320

m-1+(е — 1)х — 0,00205 - 1500

1 +0,000126 1500 хе -1 36

-0 37 мин

1 — 0,57 0,307

Тогда t3=t2-tn=0,37+5-5,37 мин.

Далее по формуле (12) определяем интенсивность вибрационного поля при пери- 20 одическом воздействии на буровой раствор.

1п (1 + 0,57 t2 ) (1 + 0,57 t3 )

5 25 (1 + 0,57 х 0,37 ) (1 + 0,57 х 5,37 ) Тогда

1,017 467 сьРхс-3

0,00205 + 0,000126 х 1,017 " 30

Таким образом, для поддержания достигнутой степени разрушения тиксотропных связей в буровом растворе при периодическом воздействии вибрационным 35 полем через 5 минут, потребуется значительно меньшая интенсивность, которая будет в -3.2 раза меньше начальной

1500 интенсивности. 40

Далее, по формуле(13) определяем максимальную длину заходки траншеи, которую может обработать виброустановка.

Il р и м е р 2. При проходке траншеи 1 используют буровой раствор 3. Перед за- 50 полнением траншеи 1 материалом 6 буровой раствор в ней находится.5 минут в покое. Определим оптимальные начальную и периодическую интенсивность вибрационного поля и максимальную длину эаходки 55 обрабатываемой передвигающейся виброустановкой, если радиус действия вибрато.ра г-0,5 м, продолжительность перерывов в воздействии вибрационного поля tn-1 мин и скорость передвижения виброустановки иэ конца заходки в ее начало \/ь=30 мlмин.

Для расчета задаемся коэффициентом эффективности К-1,1.

Далее по формуле (8) определяем начальную интенсивность вибрационного-поля, Так как

1+0,57 5

Ае — 1,1

=09

0,0 0 26 (— 0,1 ) — 0,00205

=50см с

Далее по формуле (10) определяем 12

5 — 0.00205 50

1+0.57 5 1+0,000126 50

m- 1+(е

3,41

Iï3,41 =1,227, Тогда t3 т2+ =4,08+1=5,08 мин.

Далее по формуле (12) определяем интенсивность периодического вибрационного поля

Т

1 (1 + 0,57 4,08 ) (1 + 0,57 -5,08 ) 0,077

Тогда

0,077

37см с

0,000126 0,077 + 0,00205

Далее по формуле (13) определяем длину заходки траншеи, которую может обрабатывать виброустановка

Формула изобретения

Способ возведения стены в грунте, включающий проходку 1.раншеи под защитой тиксотропного бурового раствора, его деструкционную обработку с последующим заполнением траншеи твердеющим или нетвердеющим материалом, о тл и ч а ю щи йс я. тем, что, с целью сокращения затрат и повышения качества возведения стены в грунте, деструкционную обработку осуще14

1776719 ствляют путем воздействия на буровой раствор направленным вдоль оси траншеи вибрационным полем с интенсивностью, определяемой по формуле:

К- () — коэффициент эффективности.

W!

Wî

<К<во, WI, М/о — соответственно скорость заполне5 ния траншеи материалом при воздействии на буровой раствор вибрационным полем и без его воздействия;

InА

См2хС-З

0,000126 In А — 0,00205

1 с последующим периодическим воздействи- тп ем вибрационным полем с интенсивностью 10 (1 057т )(1+057 )

ln, определяемой по формуле

t3-t2kin

0,00205 + 0,000126 Т

lnm

1 — 0,571n m где IH u In — начальная и периодическая интенсивности вибрационного поля, воздействующего на буровой раствор в траншее; е" — К

А=

K(en 1) 15 в=1+(е"-1)eR;, R — 0,00205 In

1 + 0,000126!н

tn — продолжительность перерывов при периодическом воздействии вибрационным полем на буровой раствор в траншее, мин.

1 +0,57 т1

Определение диапазона оптимальных значений интенсивности вибрационного поля

Ысм с

h,К

IcM c

Примечание

К =о

Область оптимальных значений I

50 < I «<1500

2

4

6

8

11

12

13

14

0,0

2500

300

1,00

1,045 I,09

1.19

1,39

1,81

2,29

2,79

3,26

3,76

4,26

4,69

4,91

5,085

528

0,045

0,045

0,10

0,20

0,42

0,48

0,50

0,47

0,40

0,60

0,43

0,22

0,175

0,195

0,0018

0,0018

0,002

0,002

0,0021

0,0024

0,0025

0,0023

0,0020

0,0020

0,0014

0,0011

0;0009

0,0006

1776719

Фивй

Составитель Л. Ананьина

Редактор Г. Бельская Техред М.Моргентал Корректор Л, Ливринц

Заказ 4102, Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101