Способ глубинного уплотнения грунтов

 

Использование: строительство, глубин-. ное уплотнение грунтов под основаниями зданий и сооружений. Сущность изобретения: бурят в грунтовой массив рабочую скважи ну и обустраивают ее. Определяют основную частоту вибровоздействия на трунтовый массив. Бурят на удалении от рабочей скважины 3-5 длин волн основной частоты дополнительных скважин и размещают в них пневматические источники колебаний . Осуществляют поэтапное вибрационное воздействие на массив. На первом этапе вибровоздействуют с частотой в диапазоне от 60 до 1500 Гц. Подают в рабочую скважину разупрочняющий раствор с добавлением расклинивающего агента. На втором этапе вибровоздействуют с частотой, равной .частоте колебаний массива. Дополнительные скважины бурят глубиной до коренных пород. Пневматические источники колебаний ориентируют во взаимно встречном направлении. Вибрационное воздействие на первом этапе осуществляют при одновременной подаче разупрочняющего раствора до момента достижения прочности грунта на разрыв 40- 80% от начальной с последующим нагнетанием в грунт скрепляющего раствора. Время вибрационного воздействия опреде-. ляют из зависимости: t L/V, где L- глубина распространения виброволны, м; V - скорость перемещения флюидов жидкостей и газовых включений в грунте под воздействием виброволны, м/с, В качестве разупрочняющего раствора используют поверхностно-активные вещества, нагретые до 80°С и содержащие в своем объеме 50-75% газовых компонентов. Их нагнетают под давлением 0,2-0,3 величины разрушающих напряжений грунта, а добавки расклинивающего агента составляют 1,2- 1,8%. При этом размер его частиц 0,15-1,1 мм, плотность 2,6-4,8 г/см . В грунте возбуждают ультразвуковые колебания с частотой 1,0-20,0 кГц и создают кавитацию в участках грунта с температурой выше 30°С, а энергию каветирующего пузырька определяютиз зависимости: Е 4/3 п -Р0 R3, где: R - радиус каветирующего пузырька, мм; Ро - добавление в порах и трещинах грунта в естественном состоянии, кг/см2. В нагнетаемых разупрочняющем и скрепляющем растворах возбуждают ультразвуковые колебания, при этом вязкость раствора снижают на 10-60%. Осуществляют постоям-, ный тензоконтроль величины импульсов давления. 4 з.п.ф-лы, 1 ил. ел с 00 о о ю ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Е 02 0 3/12

К ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОспАтент сссР) (21) 4937505/33 (22) 20.05.91 (46) 30.03.93, Бюл, №.12 (76) A.В,Бакулин и B,Н.Бакулин (56) Цейтлин М,Г., Верстов В:В., Азбель Г.Г.

Вибрационная техника и технология при свайных и буровых работах. Л.: Стройиздат. 1987, с,254 †2.

Авторское свидетельство СССР ¹ 1647157, кл. Е 21 С 41/16, 1989, (54) СПОСОБ ГЛУБИННОГО УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТОВ . (57) Использование: строительство, глубин-. ное уплотнение грунтов под основаниями зданий и сооружений. Сущность изобретения: бурят в грунтовой массив рабочую скважину и обустраивают ее. Определяют основную частоту вибровоздействия на грунтовый массив. Бурят на удалении от рабочей скважины 3-5 длин волн основной частоты дополнительных сквах<ин и размещают в них пневматические источники колеба н и й. О суй ествл я ют и оэта и н ое вибрационное воздействие на массив. На первом этапе вибровоздействуют с частотой в диапазоне от 60 до 1500 Гц. Подают в рабочую скважину разупрочняющий раствор с добавлением расклинивающего агента. На втором этапе вибровоздействуют с частотой, равной .частоте колебаний массива. Дополнительные скважины бурят глубиной до коренных пород, Пневматические источники колебаний ориентируют во взаимно встречном направлении, Вибрационное воздействие на первом этапе осуществляют при одновременной подаче

Заявляемое изобретение относится кобласти гидротехнического, подземного и других видов строительства и может быть использовано дляя глубинного уплотнения грунтов и горных

„„ Ж„„1896245 АЗ разупрочняющего раствора до момента достижения прочности грунта на разрыв 40—

80% от начальной с последующим нагнетанием в грунт скрепляющего раствора.

Время вибрационного воздействия опреде-, ляют из зависимости: t = L/V, где L— - глубина распространения виброволны, м; V — скорость перемещения флюидов жидкостей и газовых включений в грунте под воздействием виброволны, м/с, В качестве разупрочняющего раствора используют поверхнбстно-активные вещества, нагретые до 80 С и содержащие в своем объеме

50 — 75% газовых компонентов, Их нагнетают под давлением 0,2 — 0,3 величины разрушающих напряжений грунта, а добавки расклинивающего агента составляют 1,2—

1,8%. При этом размер его частиц 0,15 — 1,1 мм, плотность 2,6 — 4Я г/см, В грунте возбуждаютультразвуковые колебания с частотой 1,0 — 20,0 кГц и создают кавитацию в участках грунта с температурой выше 30ОС, а энергию каветирующего пузырька определяютиз зависимости: Е =4/3 >т Po R, з где: R — радиус каветирующего пузырька, мм; Ро — добавление в порах и трещинах грунта в естественном состоянии, кг/см . (3 нагнетаемых разупрочняющем и скрепляющем растворах возбуждают ультразвуковые колебания, при этом вязкость раствора снижают на 10-60%. Осуществляют постоян-. ный тензоконтроль величины импульсов давления, 4 з.п.ф-лы, 1 ил. пород с использованием эффектов кавитации и упругого миграционного геоэффекта.

Цель изобретения — повышение качества уплотнения.

1806245

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу бурят дополнительные скважины глубиной до коренных пород, пневматические источники колебаний ориентируют во взаимно встречном направлении, вибрационное воздействие на первом этапе осуществляют при одновременной подаче разупрочняющего раствора до момента достижения прочности грунта на разрыв 40 — 80% от начальной с нагнетанием в грунт скрепляющего раствора, при этом время вибрационного воздействия определяют из зависимости: 1 =L/V, где Š— глубина распространения виброволны, м; V — скорость перемещения флюидов-жидкостей и газовых включений в грунте под воздействием виброволны, м/с.

В качестве разупрочняющего раствора используют поверхностно-активные вещества, нагретые до 80 С и содержащие в своем объеме 50 — 75/ газовых компонентов, и их нагнетают под давлением 0,2 — 0,3 величины разрушающих напряжений грунта, а добавки и расклинивающего агента составляют

1,2 — 1,8%, при этом размер его частиц 0,151,1 мм, плотность 2,6 — 4,8 г/см, В грунте возбуждают ультразвуковые колебания с частотой 1,0 — 20,0 кГц и создают кавитацию в участках грунта с температурой выше 30 С, а энергию кавитирующего пузырька определяют из зависимости:

Е= R R Pо 4/3 где R — радиус кавитирующего пузырька, мм

Р, — давление в порах и трещинах грунта в естественном состоянии, кг/см, В нагнетаемых разупрочняющем и скрепляющем растворах возбуждают ультразвуковые колебания, при этом вязкость растворов снижают на 10 — 60%.

Осуществляют постоянный тензоконтроль величины импульсов давления.

На чертеже приведена схема реализации способа, где 1 — грунтовой массив, 2— скважины для размещения в них виброисточника. 3 — виброисточники, 4 — упруговязкое тело, 5 — компрессор высокого давления, 6 — микроЭВМ, 7 — электронный пульт управления для синхронизации работы группы виброисточников, 8 — гидроимпульсатор для нагнетания растворов.

Способ осуществляют следующим образом: с помощью датчиков давления горных пород устанавливаемых в контрольную скважину определяют поле напряжений и главные векторы и> и о в грунтовом массиве, в котором следует осуществить глубинное уплотнение.

55 этого тензодатчиками встроенными в виброисточники регистрируют импульсы давления, определяют их спектры и управляют формой разрушающих импульсов давления, возбуждаемых в грунтовом массиве, исходя из нес;щей способности грунта. Это время зависит оТ обводненности грунтсвого массива и его геомеханических свойств.

Бурят скважины 2 глубиной до коренных или скальных пород Ф 250-300 мм и размещают в них невзрывные пневматические источники 3, при этом оси виброисточ5 ников с одного торца локального участка грунтового массива 1 ориентируют в плоскости проходящей через линию действия максимального главного напряжения, а с другого торца участка виброисточники ориентируют навстречу направлению действия виброисточника из первого торца участка параллельно направлению их действия.

Максимальный диаметр скважин 2 и глубину размещения в них виброисточников

15 3 выбирают исходя из условия волнового подобия — возбуждения сейсмических колебаний на частотах 60 — 1500 Гц, при которых имеет место максимальная закачка упругой энергии в тело грунтового массива 1 и со20 ставляющая от 3 до 9% всей запасенной в источнике энергии от компрессора высокого давления ЭУ-5 или ЭУ-7 от 60 до 300 атмосфер. После размещения источника в скважине 2 ее заполняют упругим телом 4, причем, в качестве материала для упруговязкого тела используют мокрый песок, буровую мелочь, грунт смешанный с водой.

Величину акустического сопротивления материала упруго-вязкого тела выбирают та30 ким образом, чтобы она была близка к величине акустического сопротивления грунта, что обеспечивает максимальную передачу энергии сейсмических колебаний от источника в грунтовой массив, 35 Скважины 2 бурят на удалении друг от друга 10 — 15 м, что позволяет осуществить синхронизацию работы группы виброисточников. Это обусловлено тем, что на таких удалениях поле упругих напряжений волн

40 излучаемых виброисточниками равномерно, Время воздействия — время синхронной работы группы виброисточников для приведения локального участка грунтового массива в возбужденное состояние контролируют

45 путем посредством электронного пульта управления 7, который воспринимает сигналы от тензодатчиков встроенных в источники и с использованием микроЭВМ, в которую заложена программа с эталонными сигнала50 ми, осуществляют корректировку и синхронизацию работы группы виброисточников в выбранном диапазоне частот. Для

1806245

t = 1 /Чмиграции

5 где I.. —; Чми гра ци и — скорость миграции флюидов-жидкостей и газов, содержащихся s порах и трещинах грунта под воздействием упругих волн в вы10 бранном диапазоне частот, причем, скорость миграции флюидов определяют экспериментально на образцах грунта в лабораторных условиях при воздействии уп ругих вапн разных частот, Для снижения вязкости нагнетаемых растворов в них возбуждают мощные ультразвуковые колебания и добавляют газовые компоненты под давлением, причем, газирование растворов позволяет повысить глу20 бину его проникновения в грунт, При низких скоростях инжектирования и растворов используют азот, при высоких — углекислый газ. Обладая малой вязкостью газы уменьшают потери на трение на 30 — 40/ и более"

25 глубоко проникают в грунтовые породы при сотрясениях, вызываемых мощными вибрацианными нагрузками.

Для повышения гидро- и аэродинамических связей грунта инициируют кавитирую0 щие процессы в местах, где упругая волна встречает на своем пути участки нагретых пород с температурой свыше 30 С, причем, кавитирующие пузырьки возникают в зоне разрежения и схлопываются в зоне сжа5 тия упругой волны, чта способствует резкому увеличению проницаемости грунтовых пород, Для того, чтобы повысить эффективность способа виброваздействия производят встречными колебаниями

0 из вибраисточников, расположенных на торцах участка, при этом частоту виаравоздействия настраивают в резонанс с частотой собственных колебаний пласта, и через нагнетательные скважины 9 посредством

5 гидраимпульсатара 8 нагнетают пад давлением скрепляющие растворы в грунтовые парсды, Па истечении необходимого времени источники выключают и переносят на новое

0 место, предварите,;ьна пробурив для них скважины, Таким образом грунтовый массив абрабатыва or всеми видами сжима ащих и растягивающих н"ãðó,3îê в шираком диапазоне частот, чта способствует увели5 чению проницаемости грунтовых пород и снижению энергоемкости процесса при одновременном уьеличении производительности.

Сущность способа состоит в том, чта под воздействием мощных вибрацианных

Работу группы виброисточников контролируют геомеханическими и геофизическими методами исследований, а именно; — методом разгрузки с использованием тензодатчиков — ультразвуковыми методами — методами с использованием сейсмоа,кустической или электромагнитной эмиссии — сейсмическими или электромагнитными методами, т.е. в активном режиме.

Воздействуя на массив мощными вибрационными нагрузками, измеряют напряженно-деформированное состояние грунтовых пород, определяют их несущую 3 способность и при достижении в массиве напряжений 0,2 — 0,3 от величины разрушаю-. щих напряжений нагнетают в массив разупрочняющие растворы в качестве которых используют ПАВ, гидроакись натрия или 3 гидроокись натрия с метанолом, нагретых до 80 С, причем, в разупрочняющие растворы добавляют OT 1,2 до 1,8 / расклинивающих агентов с размерами частиц 0,15 — 1,1 мм и плотностью 2,6-4,8 г/см, чтобы не 4 дать порам и трещинам закрыться, и вибровоздействия осуществляют на частоте 601500 Гц, в течение времени, при котором деформации сжатия грунтовых пород не сменятся деформациями растяжения, чта 4 соответствует оптимальной проницаемости грунтов, после чего переходят на частоту собственных колебаний грунтового массива и нагнетают в него скрепляющие растворы и вибровоздействия осуществляют в тече- 5 ние времени при котором прочность скрепляющих растворов не достигнет 0,5 от . величины нормативной или проектной их прочности, Так как виброисточники размещены в 5 скважинах окаймляющих локальный участок массива, то для зкономии разупрочняющих растворов, вибровоздействие осуществляют попеременно с одной, а затем с другой стороны, причем время виброПри синхронной работе амплитуду группы виброисточников постепенно поднимают от минимального до максимального уровня, определяемого амплитудой в знакопеременной волне и равным примерно 0,5 от величины несущей способности грунта, Колебания вызывают в грунтовом массиве относительну о подвижку структурных элементов перераспределяют поля упругих напряжений на пути распространения упругих волн и осуществляют частичную дегазацию локального участка грунтового массива. Эти явления имеют место как при работе группы виброисточников, так и при работе одиночного источника, воздействия с каждой стороны определяют из выражения

1806245 нагрузок в грунтовом массиве возникают волны сжатия и растяжения разрежения, действующие на флюиды — жидкости и газы содержащиеся в порах и трещинах грунтовых пород, как тектонический насос и содействующие их миграции во много раз быстрее, чем,в отсутствие упругой волны.

Это явление авторы назвали упругим миграционным геоэффектом. Он имеет. место в любых диапазонах частот и сопровождается: — перераспределением поля упругихнапряжений на пути распространения упругих волн — частичной дегазацией грунтовых пород, то есть истечение газов из пор и трещин при вибрациях и сотрясениях — кавитирующими процессами при определенных PT-параметрах на пути распространения упругой. волны, а именно: — если на пути упругой волны встречаются участки нагретых грунтовых пород — если направление распространения упругой волны совпадает с направлением пор и трещин в грунтовом массиве — если длина волны соизмерима с раз. мерами пор и трещин по их простиранию — если на пути распространения упругой волны существуют перепады знакопеременного давления из-за несимметричности расположения пор и трещин в пространстве — если во флюидосодержащих растворах содержатся зародыши кавитации .— мельча9шие твердые частицы размерами 0,01 — 0,05 мм, Добавка в технологические растворы расклинивающих агентов позволяет повысить проницаемость грунтов, так как при их попадании в поры и трещины они не дают им закрыться и служат новыми концентраторами напряжений в грунтовом массиве.

Преимущества способа состоят в том, что размещение виброисточников по предлагаемому способу позволяет осуществить;

1.возбуждение упругих волн в выбран ном диапазоне частот при неизменных контактных условиях в режиме накопления и таким образом закачать в массив упругую энергию превышающую несущую способность грунта и привести локальный его участок в возбужденное состояние.

2.перераспределить поле упругих напряжений на пути распространенйя флюидов и управлять состоянием и свойствами грунтовых пород на пути распространения упругой волны

З.снизить энергоемкость способа и повйсить эффективность и производительность, 15

25 ющего раствора с добавлением расклинивающего агента и последующее на втором

55 величины разрушающих напряжений грунта, а добавки расклинивающего агента со\

10

50 е

Использование заявляемого способа позволит значительно снизить энергоемкость способа, повысить его эффективность за счет воэможности получения эффекта как разупрочнения, так и упрочнения грунтовых пород с использованием упругого миграционного геоэффекта и эффекта кавитации по сравнению с классическими традиционными способами глубинного уплотнения, Формула изобретения

1. Способ глубинного уплотнения грунтов, включающий бурение в грунтовый массив рабочей скважины и ее обустройство, определение основной частоты вибровоздействия на грунтовый массив, бурение на удалении от рабочей скважины 3 †. 5 длин волн основной частоты дополнительных скважин, размещение в них пневматических источников колебаний, поэтапное вибрационное воздействие на массив частотой на первом этапе в диапазоне от 60 до 1500

Гц, подачу в рабочую скважину разупрочняэтапе вибровоздействие с частотой, равной частоте колебаний массива, о тл и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения качества уплотнения, дополнительные сква>кины бурят глубиной до коренных пород, пневматические источники колебания ориентируют во взаимно встречном направлении, вибрационное воздействие на первом этапе осуществляют при одновременной подаче. разупрочняющего раствора до момента дости>кения прочности грунта на разрыв 40 80 от начальной с последующим нагнетанием в грунт скрепляющего раствора, при этом время вибрационного воздействия определяют из зависимости

1= i/V, где L — глубина распространения виброволны,м;

V — скорость перемещения флюидов жидкостей и газовых включений в грунте под воздействием виброволны, м/с.

2. Способ поп1, отл ича ющийся тем, что в качестве разупрочняющего раствора используют поверхностно-активные вещества, нагретые до 80 С и содержащие в своем объеме 50-75% газовых компонентов, и их нагнетают под давлением 0,2-0,3 ставляют 1,2 — 1,8ф,, при этом размер его частиц 0,15-1,1 мм, плотность 2,6 — 4,8 г/см .

3. Способ по п.1, о т,л и ч а ю шийся тем, что в грунте возбуждают ультразвуко1806245

Составитель А.Бакулин

Техред M.Moðãåíòàë Корректор M. Максимишинец

Редактор А,Егорова

Заказ 968 Тираж Подписное

ВНИИПИ 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 вые колебания с частотой 1,0-20,0 кГц и создают кавитацию в участках грунта с температурой выше 30 С, а энергию каветирующего пузырька. определяют из зависимости

E=4/3 .л R Р 5 где R — радиус каветирующего пузырька, мм;

Pp — давление в порах и трещинах грунта в естественном состоянии, кг/см .

4. Способ по и.1, отличающийся тем, что в нагнетаемых разупрочняющем и скрепляющем растворах возбуждают ультразвуковые колебания. при этом вязкость растворов снижают на 10-60Я,, 5, Способ по п1, от л и ч а ю щ и йс я тем, что осуществляют постоянный тензоконтроль величины импульсов давления,