Способ упрочнения водонасыщенного грунта и устройство для его осуществления

 

Использование: строительство, упрочнение водонасыщенных грунтов в гидротехническом строительстве или укрепление береговой зоны. Сущность изобретения: погружают в грунт вибросмеситель и одновременно на всю глубину упрочнения вводят армирующие элементы с упругими анкерными узлами. Вибровоздействуют на грунт до его разжижения и вводят упрочняющий раствор . Закрепляют армирующие элементы с упругими анкерными узлами и извлекают вибросмеситель из грунта. После этого уда

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Е02 О 3/12

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ Сд

Риг/ (21) 4934930/33 (22) 06.05.91 (46) 07.02.93.БюлЛФ 5 (71) Проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт морского транспорта "Ленморниипроект" (72) А.H.Íèêoëàås, В.М.Лащенков, С,Л.Беленко, И.M.Ìàëàøåíêo, А.А.Гармаш, А.И.Глебов, Ю.Н.Деменев и В,С,Филимонов (73) А.А,Николаев, В.М.Лащенков, С.Л,Беленко, И.М.Малашенко и А.А,Гармаш (56) Патент ГДР М 254038, кл. Е 02 0 7/18, 1988.

Авторское свидетельство СССР

N. 185276, кл. E 02 D 3/12, 1964.

„„«Ы„„1794133 АЗ (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ВОДОНАСЫЩЕННОГО ГРУНТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: строительство, упрочнение водонасыщенных грунтов в гидротехническом строительстве или укрепление береговой зоны. Сущность изобретения; погружают в грунт вибросмеситель и одновременно на всю глубину упрочнения вводят армирующие элементы с упругими анкерны. ми узлами. Вибровоздействуют на грунт до его разжижения и вводят упрочняющий раствор. Закрепляют армирующие элементы с упругими анкерными узлами и извлекают вибросмеситель из грунта. После этого уда1794133

15

30

45 ляют выступающие над поверхностью грунта части армирующих элементов, Устройство для осуществления способа содержит вертикальную полую штангу 1 с вибратором

2 и входным патрубком 3 в верхней части и наконечником 4 в нижней. Вдоль штанги 1 радиально прикреплены к ней верхний 5, средние б и нижний 7 ярусы уплотняющих лопастей и полых нагнетательных трубок 8.

Уплотняющие лопасти верхнего 5 и нижнего

7 ярусов снабжены направляющими 10, чеИзобретение относится к строительству, в частности, к упрочнению водонасыщенных грунтов в гидротехническом строительстве или укреплении береговой зоны, Известны способ и устройства для упрочнения грунта, включающие создание столбчатых массивов из грунта, перемешанного с укрепляющим материалом.

Наиболее близким из известных является способ глубинного уплотнения и введения закрепляющих растворов в грунт, включающий предварительное создание обводненных карт и погружение вибросмесителя в грунт под действием собственного веса конструкции, воздействие на грунт колебаниями с образованием зоны его разжиженного состояния. Последующее погружение вибросмесителя на заданную глубину и подачу закрепляющего раствора, уплотнение и вибросмешивание раствора с грунтом. Извлечение вибросмесителя из грунта .

Известно вибрационное устройство.для глубинного уплотнения водонасыщенных грунтов, содер>кащее вертикально установленную полую штангу с наконечником, радиально прикрепленные к ней ярусами .уплотняющие лопасти и полые нагнетательные трубки, на верхней части штанги закреплены вибратор и входной патрубок, Недостаток указанных способов и устройств заключается в низкой эффективности упрочнения грунта, обусловленной влиянием растягивающих напряжений, снижающих устойчивость сооружений, возводимых на этих грунтах.

Цель изобретения — повышение эффективности упрочнения грунта.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе упрочнения водонасыщенного грунта, включающем установку вибросмесителя на обводненной поверхности грунта, погружение смесителя в грунт рез которые безреверсивно от верхнего к нижнему ярусу пропущены армирующие элементы 11 с упругими анкерными узлами

12. Армирующие элементы 11 с упругими анкерными узлами 12 намотаны на катушки

13, установленные на верхнем 5 ярусе уплотняющих лопастей. Ярус нагнетательных трубок 8 расположен только между двумя нижними ярусами уплотняющих лопастей, 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 4 ил. 1 табл. под действием собственного веса конструкции, воздействие на грунт вибрацией с образованием зоны его разжиженного состояния, подачу упрочняющего раствора через смеситель в грунт и извлечение вибрирующего смесителя из грунта. Одновременно с погружением смесителя в разжи>кенную зону вводят на всю глубину упрочнения армирующие элементы с упругими анкерными узлами. Затем закрепляют элементы в грунте посредством упрочняющего раствора и благодаря упругим свойствам анкерных узлов. При этом выступающие над поверхностью грунта части армирующих элементов по окончании процесса упрочнения и извлечении вибросмесителя из грунта удаля ют.

Поставленная цель достигается также тем, что устройство для упрочнения водонасыщенных грунтов, содержащее вертикально установленную штангу с наконечником, радиально прикрепленные к ней ярусами уплотняющие лопасти и полые нагнетательные трубки, соединенные с верхним концом штанги вибратор и входной патрубок, дополнительно снабжено направляющими, закрепленными на концах уплотняющих лопастей верхнего и нижнего ярусов, через которые пропущены армирующие элементы с упругими анкерными узлами. Армирующие элементы свободно проходят от верхнего яруса уплотняющих лопастей к нижнему и стопорятся при движении в обратном направлении.

При использовании в качестве армирующего элемента эластичного материала, например, стекловолокна |e виде жгутов, шнуров и прочее), намотанного на катушки, последние размещены на верхнем ярусе уплотняющих элементов, При этом нагнетательные элементы расположены между первым и вторым снизу ярусами уплотняющих элементов. Направляющие обеспечивают внедрение армирующих элементов в

1794133

30 рально-симметричные скосы. Трубки 8 и лопасти 5, 6, 7 имеют обтекаемую форму для 35 уменьшения сопротивления грунта при

55 грунт на заданную глубину и ориентацию их по поверхности упрочнения, Наличие упругих анкерных узлов нэ эрмирующих элементах, обладающих способностью сжиматься при прохождении через направляющие смесителя, раскрывается при снятии ограничений и тем самым препятствовать обратному их движению, обеспечивает, согласно способу, закрепление армирующих элементов в грунте.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг,2 — сечение А-А на фиг,1; на фиг.3 — сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 — схема прохождения анкерного узла армирующего элемента через направляющие вибросмесителя.

Устройство состоит из вертикальной полой штанги 1 с вибратором 2 и входным патрубком 3 в верхней части, В нижней части полой штанги 1 смонтирован наконечник 4, Вдоль внешней поверхности штанги

1 радиально к ней прикреплены верхний 5, средние 6 и нижний 7 яруса уплотняющих лопастей. Между двумя нижними ярусами уплотняющих лопастей расположен ярус нагнетательных трубок 8. Конструкция и форма уплотняющих лопастей и нагнетатеальных трубок различны. Нагнетательные трубки 8 выполнены из стальной цельнотя,нутой трубы овальной формы, перфорированной вдоль всей поверхности.

Уплотняющие лопасти выполнены из полосовой стали и имеют клиновидные, центвнедрении устройства и оптимизации размеров зоны воздействия. Для улучшения вибросмешивания грунта с упрочняющим раствором концы трубок 8 и лопастей 5 снабжены элементами 9 любой длины и конфигурации Возможно их замкнутое выполнение. На концах уплотняющих лопастей верхнего 5 и нижнего 7 ярусов закреплены направляющие 10, например, в виде кольцевой проушины. В направляющих 10 размещены арми рующие элементы 11, снабженные упругими энкерными узлами

12.

Верхний 5 ярус уплотняющих лопастей снабжен катушками 13, на которые намотаны, например, в виде шнуров иди жгутов, армирующие элементы 11 с анкерными узлами 12. Катушки 13 закреплены на уплотняющих лопастях 5 так, что армирующие элементы 11 свободно сматываются с катушек 13 и проходят через направляющие 10 от верхнего яруса 5 к нижнему 7.

Благодаря своим упругим свойствам и

Н-образной конструкции анкерные узлы 12

25 при прохождении через направляющие 10 сверху вниз сжимаются и раскрываются подобно зонту при выходе из направляющих

10 (см.фиг,4). Нижняя торцовая поверхность направляющих 10 является упором для раскрытого анкерного узла 12.

Расположение нагнетательных трубок 8 между средним и нижним ярусами уплотняющих лопастей способствует глубинному закреплению анкерных узлов 12.

Способ осуществляют следующим образом.

Первоначально на поверхности намытогр грунта с помощью подъемного оборудования устанавливают предлагаемое устройство. Через направляющие 10 пропускают армирующие элементы 11 с таким расчетом, чтобы раскрытые анкерные узлы

12 были подведены под нижнюю торцовую поверхность направляющих 10 и уперты в нее. Включают вибратор 2 и вибросмеситель погружается в разрушаемый и разжижающийся грунт под действием собственного веса конструкции, Одновременно через входной патрубок 3 в полую штангу1 подают воду поддавлением, После достижения нагнетательными трубками 8 проектной отметки верха упрочняемого грунта входной патрубок 3 подсоединяют к источнику нагнетания упрочняющего раствора, Раствор через полую штангу 1 подается в нагнетательные трубки 8 и далее через перфорированные отверстия трубок в грунт.

В случае необходимости на расчетных отметках увеличивают или уменьшают подачу упрочняющего раствора для распределения проектной прочности грунта по глубине.

После достижения вибросмесителем заданной глубины начинают его извлечение при включенном вибраторе 2, при этом армирующие элементы 11 остаются в грунте, благодаря конструкции раскрытых анкерных узлов 12, оказывающих сопротивление обратному движению устройства.

С целью усиления прочности грунта на расчетных отметках возможно изменение скорости извлечения вибросмесителя или его остановка, также при включенном вибраторе 2.

При достижении нэгнетательными трубками 8 проектной отметки верха упрочняемого грунта прекращают подачу упрочняющего раствора. После полного извлечения вибросмесителя из грунта отключают вибратор.

Армирующие элементы 11, выступающие над поверхностью грунта, отсекают, например, обрезают, прерывая их

1794133

30

40 протяженность от закрепленных в грунте и намотанных на катушки 13. Вибросмеситель переносят подъемным устройством на новое место и все операции повторяются в указанной выше последовательности.

Пример. Выполнялось глубинное упрочнение подводного откоса прибрежного гидротехнического сооружения, сложенного илистыми морскими отложениями, физико-механические характеристики которых приведены в таблице.

Конструктивные параметры гидротехнического сооружения:

Заложение подводного откоса — 1 .120, Площадь упрочняемого участка—

200х100=2 га.

Мощность илистых морских отложений — 24 м.

Упрочнение грунта опытного участка на глубину4 м выполнялось при вибрационном погружении устройства на заданную глубину, воздействии на грунт вертикальными колебаниями до образования эоны разжиженного состояния грунта, введений в него упрочняющего раствора цемента марки M 400 и извлечении вибросмесителя из зоны при включенном вибраторе

Расход упрочняющего раствора на 1 м грунта составил 150-200 кг.

Время погружения вибросмесителя составило 15 мин, время подъема с периодическими остановками при включенном вибраторе на заданном уровне (например, через 1 м) составило 45 мин.

При реализации предложенного технического решения одновременно с введением вибросмесителя в грунт погружали

Формула изобретения

1. Способ упрочнения водонасыщенного грунта, включающий погружение в грунт вибросмесителя, вибровоздействие на грунт до его разжижения, введение уп рочняющего раствора и извлечение вибросмесителя из грунта, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности упрочнения грунта, одновременно с погружением в грунт вибросмесителя íà всю глубину упрочнения вводят армирующие элементы с упругими анкерными узлами с последующим их закреплением перед извлечением вибросмесителя, 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после извлечения вибросмесителя иэ грунта удаляют выступающие над поверармирующие элементы, размещенные в наи ра вл я ющих ви6 рос месител я.

B качестве армирующего элемента было выбрано стекловолокно, сформированное в виде жгута. На жгуте были завязаны с определенным шагом анкерные узлы из того же жгута с таким расчетом, чтобы их концы были направлены в одну сторону. Армирующие элементы были намотаны на катушки, установленные на верхней уплотняющей лопасти вибросмесителя, пропущены через направляющие верхнего и нижнего ярусов уплотняющих лопастей, закреплены на них, благодаря своим упругим свойствам.

Сравнительный анализ полученных результатов показывает, что использование предлагаемых технических решений для упрочнения водонасыщенного грунта позволяет по сравнению с существующими значительно повысить плотность и прочность подготавливаемых под гидротехническое строительство грунтов (так, предел прочности при сжатии возрастает в 3 раза).

За счет уменьшения пористости грунта сокращается расход упрочняющего раствора.

За счет уменьшения влажности значительно сокращается время достижения грунтом проектных прочностных характеристик и, следовательно, сроки подготовки объекта под строительство.

Таким образом, изобретение обеспечивает конструкцию гидротехнических сооружений долговечность и повышенную устойчивость к сдвигающим нагрузкам, к размывающим воздействиям, волновым и ледовым нагрузкам, хностью грунта части армирующих элементов, 3. Устройство для упрочнения водонасыщенного грунта, включающее вертикальную полую штангу с вибратором и входным патрубком в верхней части и наконечником в нижней, радиально прикрепленные к ней верхний, средние и нижний яруса уплотняющих лопастей и по крайней мере одни ярус полых нагнетательных трубок, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности упрочнения грунта, уплотняющие лопасти верхнего и нижнего ярусов снабжены направляющими, через которые с возможностью перемещения от верхнего к нижнему ярусу пропущены армирующие элементы с упругими анкерными узлами.

1794133

Физико-механические характеристики илистых морских отлох<ений

После и очнения;

До упрочнения

33

2,70

2,70

2,70

1,72

2,02

2,20

1,23

1,52

1,72

1,17

0,79

0,56

0,2-0,4

0,001

0,6 — 1,2

4. Устройство по п.3, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что армирующие элементы с упругими анкерными узлами выполнены намотанными нэ катушки, установленные на верхнем ярусе уплотняющих лопастей, Влажность, 7

Плотность частиц грунта $з, г/см з

Плотность грунта $, г/см

Плотность грунта в сухом:состоянии

$ск, г/см

-з

Пористость й, %

Коэффициент пористости

Предел прочности при сжатии, С, МПа

5, Устройство по п.3, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что ярус нагнетательных трубок расположен только между средним и нижним ярусами уплотняющих лопастей. уплотнение и омоно- уплотнение, омонолиличивание (по прото- чивание и армировэтипу) ние (по изобретению) 1794133

Составитель А,Зуенко

Техред M.Мор гентал Корректор Н.Гунько

Редактор С.Кулакова

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

Заказ 527 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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