Способ создания противофильтрационной завесы в грунте методом ориентированной разрывной инъекции

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и, в частности, к защите водных ресурсов от загрязнения токсичными или радиоактивными веществами в районах размещения техногенных отходов, расположенных в пониженных участках рельефа или на равнинных участках, огороженных дамбами, к предотвращению фильтрации подземных вод в искусственные выработки различного назначения, к защите прибрежных водоносных горизонтов от интрузии морских вод. Технический результат - повышение надежности противофильтрационной завесы целенаправленной ориентации в определенных инженерно-геологических условиях, обеспечивающей возможность снижения материальных затрат и трудоемкости работ. По способу осуществляют бурение скважины. Отбирают образцы грунта ненарушенной структуры из всех литологических разностей, слагающих грунтовую толщу в пределах всей глубины завесы. Для всех отобранных образцов грунта определяют изменения значений нормальных напряжений грунтовой толщи в нижней зоне создаваемой завесы. Определяют нормальное вертикальное напряжение, нормальное напряжение, ориентированное в горизонтальной плоскости вдоль линии падения склона дамбы или склона пониженной части рельефа, нормальное напряжение, ориентированное в горизонтальной плоскости вдоль дамбы или вдоль склона. Число точек, характеризующих изменение величин нормальных напряжений в нижней зоне завесы, должно быть не менее 5 с расстоянием в один метр. Затем определяют расстояние от перехода равнинной поверхности в склоновую по аналитической зависимости. После этого переходят к бурению скважин с шагом 3,0 метра. В скважины вводят инъектор. Через него нагнетают закрепляющий раствор с образованием продольной щели в грунте в виде вертикальных полостей разрыва, ориентированных перпендикулярно фильтрационному потоку, посредством гидравлического удара. 1 пр., 1 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, к строительству, к добывающей промышленности, а именно к закреплению грунтов, и может быть использовано: для защиты водных ресурсов от загрязнения токсичными или радиоактивными веществами в районах размещения техногенных отходов, расположенных в пониженных участках рельефа или на равнинных участках, огороженных дамбами; для предотвращения фильтрации подземных вод в искусственные выработки различного назначения; для защиты прибрежных водоносных горизонтов от интрузии морских вод.

Известны различные способы сооружения подземных противофильтрационных завес, возводимых методом «стена в грунте», в том числе предусматривающих применение разрывной инъекции.

В частности, известен способ сооружения подземной непроницаемой завесы (пат. РФ №2375580). Способ включает проходку вертикального ствола, бурение из него горизонтальных скважин, нагнетание в них закрепляющих и твердеющих растворов. В зоне необходимого экранирования водоносного горизонта, где следует исключить водоприток или влияние техногенного загрязнения, дополнительно сооружают вертикальные стволы, соединяют их между собой рядами горизонтальных скважин, которые располагают в вертикальной плоскости одна над другой, затем, нагнетая в них твердеющий раствор, образуют подземную непроницаемую завесу, перекрывающую водоносный горизонт от верхнего до нижнего водоупора, или аналогичным образом изолируют зону распространения подземного техногенного процесса. Подземную непроницаемую завесу выполняют из двух, трех и более вертикальных рядов скважин.

Недостатком известного способа является, прежде всего, трудоемкость выполнения работ, включающих не только бурение большого количества горизонтальных скважин, но и проходку вертикальных стволов в водонасыщенных грунтах. Недостатком является и тот факт, что при инъекции грунта через горизонтальные скважины распространение раствора ограничивается наличием горизонтальной слоистости у значительной части дисперсных литологических разностей, что приводит к потере сплошности завесы и ее водонепроницаемости. К числу недостатков следует отнести и ограниченность зоны распространения инъекционного раствора при давлениях инъекции, не предусматривающих формирование полостей разрывных нарушений.

Известны различные методы разрывной инъекции при создании противофильтрационной завесы в различных грунтах путем образования вертикальных или наклонных скважин по всему периметру или вдоль длинных сторон объекта или его элементов и последующего нагнетания в них закрепляющего раствора, например грунтоцементного раствора (пат. РФ №№1668557, 2015249, 2103441, 2354778). Разрывная инъекция позволяет в начальный момент формировать вертикальные полости разрыва, резко увеличивающие поверхность соприкосновения грунта с закачиваемым раствором, что обеспечивает получение необходимого объема тампонирования литологических разностей за период времени, значительно меньший, чем при радиальном распространении раствора в условиях, исключающих разрыв грунтовой толщи. Названные способы позволяют армировать грунтовый массив при использовании различных инъекционных растворов, например грунтоцементного закрепляющего раствора.

Общим недостатком всех перечисленных способов является отсутствие какого-либо сопоставления характера взаимосвязи между значениями главных напряжений в зоне инъекционных работ с одной стороны и ориентацией в плане вертикальных полостей разрывных нарушений с другой стороны. Незнание и отсутствие учета такой взаимосвязи исключает в производственных условиях возможность прогнозирования оптимального варианта ориентации вертикальных полостей разрыва от ствола скважины.

Наиболее близким по своей сущности к предлагаемому является способ закрепления грунта (авт. свид. СССР №1102852) с применением разрывной технологии инъекции и направленной ориентацией плоскости разрыва. Согласно этому способу для закрепления грунта и создания противофильтрационной завесы бурят скважину, забивают в грунт инъектор с продольной щелью, ориентированной в заданном направлении, нагнетают тампонажный раствор посредством гидравлического удара с образованием продольной щели в грунте, затем ведут нагнетание раствора с давлением и расходом, исключающим развитие щели.

Недостатком известного способа является, прежде всего, невозможность практического обеспечения преемственности полостей вертикальных разрывных нарушений, получаемых при выполнении инъекции из соседних скважин, т.к. эта преемственность определяется только ориентацией щелей в инъекторе, а не физико-механическими свойствами воздушно-сухих грунтов в зоне тампонажных работ. Недостатком способа является также проблема ориентации плоскостей разрывных нарушений при использовании даже строго ориентированной вертикальной щели в инъекторе в условиях выполнения инъекционных работ в водонасыщенной грунтовой толще. В водонасыщенных грунтах ориентации полости разрыва вообще не соответствуют направлению продольной щели в инъекторе.

Задачей предлагаемого технического решения является создание эффективного, экологически безопасного способа сооружения противофильтрационной завесы, целенаправленной ориентации в определенных инженерно-геологических условиях, позволяющего снизить материальные затраты и трудоемкость, уменьшить сроки производства работ при защите водных ресурсов от загрязнения токсичными или радиоактивными веществами в районах размещения техногенных отходов, при предотвращении фильтрации подземных вод в искусственные выработки различного назначения, при защите прибрежных водоносных горизонтов от интрузии морских вод.

Достигнутый технический результат:

- формирование определенного характера ориентации противофильтрационной завесы - «стены в грунте», созданной методом разрывной инъекции, когда полости разрыва ориентированы перпендикулярно фильтрационному потоку строго вдоль линии падения склона дамбы вокруг участка размещения отходов или вдоль склона искусственных выработок различного назначения, или вдоль склона любых природных понижений рельефа;

- оптимизация местоположения завесы и ее конфигурации.

Технический результат достигается при использовании способа создания противофильтрационной завесы в грунте путем разрывной инъекции, включающего бурение скважины, введение в нее инъектора, нагнетание через него закрепляющего раствора с образованием продольной щели в грунте посредством гидравлического удара. Предварительно отбирают образцы грунта ненарушенной структуры из всех литологических разностей, слагающих грунтовую толщу в пределах всей глубины завесы, и для всех отобранных образцов грунта определяют изменения значений нормальных напряжений грунтовой толщи в нижней зоне создаваемой завесы σz, σx и σy по известной методике, где σz - нормальное вертикальное напряжение, σх - нормальное напряжение, ориентированное в горизонтальной плоскости вдоль линии падения склона дамбы или склона пониженной части рельефа, σy - нормальное напряжение, ориентированное в горизонтальной плоскости вдоль дамбы или вдоль склона, при этом число точек, характеризующих изменение величин нормальных напряжений в нижней зоне завесы, должно быть не менее 5 с расстоянием в один метр, затем определяют расстояние от перехода равнинной поверхности в склоновую, в пределах которой на заданной глубине величина больше 3%, после чего переходят к бурению скважин с шагом 3,0 метра.

Техническая реализация предлагаемого способа осуществляется на базе современного приборостроительного оборудования.

Заявленный способ осуществляется следующим образом.

1. На участке, где планируется создание «стены в грунте», бурится скважина, в которой отбираются образцы грунта ненарушенной структуры из всех литологических разностей, слагающих грунтовую толщу в пределах всей глубины «стены в грунте».

2. На основании полученных данных о физико-механических свойствах литологических разностей и с использованием методики расчета (Калинин Э.В., Панасьян Л.Л., Широков В.Н., Артамонова Н.Б., Фоменко И.К. Моделирование полей напряжений в инженерно-геологических массивах. М.: Изд-во МГУ, 2003 г., 262 с.) определяется характер изменения значений σz, σх и σy нормальных напряжений грунтовой толщи в нижней зоне создаваемой «стены в грунте», где σz - нормальное вертикальное напряжение, σх - нормальное напряжение, ориентированное в горизонтальной плоскости перпендикулярно дамбе или перпендикулярно периметру пониженной части рельефа, σy - нормальное напряжение, ориентированное в горизонтальной плоскости вдоль дамбы или вдоль периметра пониженной части рельефа.

3. Число точек, характеризующих изменение величин главных напряжений в нижней зоне «стены в грунте», должно быть не менее 5 с расстоянием в один метр. При этом первая точка для варианта с дамбой соответствует переходу горизонтальной поверхности дамбы в наклонную, а при варианте использования пониженной части рельефа для складирования отходов - переходу относительно ровной поверхности в понижение.

4. Место расположения ряда инъекционных скважин для создания «стены в грунте» определяется: для варианта с дамбой - любым расстоянием от перехода ее ровной поверхности в склоновую, для варианта с пониженной формой рельефа - любым расстоянием от перехода ровной поверхности в наклонную, где величина . Опытным путем установлено, что меньшее значение не приводит к желаемому результату.

5. После принятия решения о месте расположения ряда скважин, позволяющих создать вертикальную противофильтрационную завесу, переходят к бурению скважин с шагом 3,0 метра и к инъекции раствора по известной технологии.

Использование заявленного изобретения позволит обеспечить высокую экологическую и радиационную безопасность окружающей среды, снизить расходы на сооружение противофильтрационных противомиграционных барьеров в районах размещения техногенных отходов, расположенных в пониженных участках рельефа или на равнинных участках, огороженных дамбами; для предотвращения фильтрации подземных вод в искусственные выработки различного назначения; для защиты от интрузии морских вод.

Пример. Создание «стены в грунте» в районе дамбы

Бурят скважины и берут пробы грунта с разной глубины. Лабораторными исследованиями этих проб определяют состав грунтов, залегающих на разной глубине, их физико-механические свойства.

В таблице 1 приведены результаты расчета напряженного состояния грунтовой толщи в основании дамбы вдоль загрязненного водоема, которые были получены с использованием известной методики современной оценки напряженного состояния грунтовой толщи в зоне инъекции.

При приближении к откосу дамбы разница между значениями σх и σy составляет более 3%. Таким образом, в данном примере получение вертикальной полости разрыва, ориентированной в плане вдоль дамбы, т.е. перпендикулярно фильтрационному потоку, достигается при условии расположения инъекционных скважин на расстоянии не более 3,0 метров от точки перехода горизонтальной поверхности в склоновую (см. рис. 1). На расстоянии более 3,0 метров разница в значениях главных напряжений в горизонтальной плоскости в зоне инъекции становится менее 3%, и при инъекции возникают три вертикальные плоскости разрыва, ориентированные под углом 120° друг к другу (см. рис. 2).

Отсюда следует, что при использовании разрывной инъекции можно получить полости разрыва, заполненные, например, тугопластичной суспензией и ориентированные вдоль дамбы, т.е. перпендикулярно направлению фильтрации потока из водохранилища.

Аналогичные результаты были получены при создании «стены в грунте» в районе размещения промышленных отходов в пониженной части рельефа, при создании противофильтрационного экрана в прибрежной зоне реки, при опытных работах по созданию противофильтрационного защитного экрана от интрузии морских вод вдоль морского побережья.

Изобретение поясняется иллюстрациями: рис. 1 - ориентированный характер закрепленного массива песчаного грунта на склоновой части рельефа при использовании разрывного способа инъецирования; рис. 2 - характер распространения вертикальных полостей разрыва (разрез в плане).

На рисунке 1 можно видеть полученный заявляемым способом ориентированный характер закрепленного инъецированием массива дисперсных грунтов на склоне в районе дамбы водохранилища, представленном мелкозернистыми песчаными грунтами.

На рисунке 2 можно видеть характер распространения тампонажного раствора при разрывной инъекции в условиях разницы в значениях главных напряжений в горизонтальной плоскости в зоне инъекции менее 3%.

При создании противофильтрационной завесы разрывным способом инъекции без учета предлагаемого способа возрастают трудозатраты, количество инъекционных скважин и объем инъекционных растворов, что ведет к увеличению необходимого объема финансирования в 2,5-3 раза.

Таким образом, в ходе создания противофильтрационной завесы («стены в грунте») заявляемым способом разрывной инъекции образуются вертикальные полости разрывных нарушений определенной ориентации, перпендикулярные направлению фильтрационного потока. Через вертикальные полости разрывных нарушений осуществляется нагнетание любых твердеющих тампонажных растворов, позволяющих сформировать сплошную стену вдоль любого природного или искусственного склона в грунтовой толще, представленной дисперсными грунтами.

Способ создания противофильтрационной завесы в грунте путем разрывной инъекции, включающий бурении скважины, введение в нее инъектора, нагнетание через него закрепляющего раствора с образованием продольной щели в грунте в виде вертикальных полостей разрыва, ориентированных перпендикулярно фильтрационному потоку, посредством гидравлического удара, отличающийся тем, что предварительно отбирают образцы грунта ненарушенной структуры из всех литологических разностей, слагающих грунтовую толщу в пределах всей глубины завесы, и для всех отобранных образцов грунта определяют изменения значений нормальных напряжений грунтовой толщи в нижней зоне создаваемой завесы σz, σx и σу, где σz - нормальное вертикальное напряжение, σх - нормальное напряжение, ориентированное в горизонтальной плоскости вдоль линии падения склона дамбы или склона пониженной части рельефа, σy - нормальное напряжение, ориентированное в горизонтальной плоскости вдоль дамбы или вдоль склона, при этом число точек, характеризующих изменение величин нормальных напряжений в нижней зоне завесы, должно быть не менее 5 с расстоянием в один метр, затем определяют расстояние от перехода равнинной поверхности в склоновую, в пределах которой на заданной глубине величина больше 3%, после чего переходят к бурению скважин с шагом 3,0 метра.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к высокоэффективной головке для нагнетания в грунт жидких смесей под давлением, для формирования консолидированных участков грунта. Технический результат - увеличение скорости потока струи и уменьшение турбулентности, без увеличения потребляемой мощности.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для сооружения земляного полотна и устройства укрепленных дорожных оснований на дорогах I-V категорий во II-V дорожно-климатических зонах, а также покрытий на дорогах IV-V категорий в качестве материала для сооружения насыпей земляного полотна и укрепления грунтовых оснований строительных и других площадок.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для заделки трещин и герметизации неплотностей мест примыкания бетона к металлическим изделиям. Устройство для герметизации мест примыкания металл-бетон содержит пластинчатую стальную деталь защитно-герметических дверей, люков или фланцев трубчатых вводов инженерных коммуникаций с отверстиями для инъекторов.
Изобретение относится к области экологии и рационального природопользования, а именно к способам гидроизоляции площадок кучного выщелачивание и хранилищ отходов, в частности к созданию экранов хвостохранилищ, шламонакопителей, полигонов твердых бытовых отходов и насыпных массивов, препятствующих загрязнению природной среды токсичными компонентами и пылению, в результате инфильтрационных и эрозийных процессов.

Изобретения относятся к строительству, в частности к упрочнению оснований под фундаменты зданий и сооружений путем уплотнения грунта, а также к формированию свай.
Изобретение относится к строительству, а именно к способам искусственного улучшения грунтового массива в основании, и может быть использовано при производстве работ для усиления переувлажненных глинистых грунтов при реконструкции и строительстве зданий и сооружений, а также для повышения устойчивости естественных оползневых склонов, искусственных откосов дамб и котлованов.
Изобретение относится к способам искусственного улучшения грунтового массива в основании. Способ включает бурение скважин, образование трещин введением в скважину трещинообразующего материала, тампонирование устья скважины.
Изобретение относится к способам предотвращения загрязнения грунтов и подземных вод компонентами промышленных отходов, в частности к созданию противофильтрационных экранов полигонов захоронения и складирования отходов, шламовых полей.
Изобретение относится к химии полимеров, а именно к интерполимерным полиэлектролитным комплексам, которые могут использоваться для укрепления грунтов, состоящих из глины и песка.

Изобретение относится к строительству, а именно к укреплению грунтов. В способе укрепления грунта в зоне, которую необходимо укрепить, уплотняющийся агент подают из загрузочной емкости в грунт средством для смешивания, расположенным на устройстве для подачи уплотняющегося агента.

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к способам создания противофильтрационных завес в гидротехнических сооружениях в северной строительно-климатической зоне (ССКЗ). Способ включает возведение водоподпорной земляной плотины 7, размещение слоя геотекстильного иглопробивного нетканого материала 4 из синтетических волокон объемной плотностью 100-150 кг/м3 и обработку откоса плотины водорастворимым порошковым полимером. После размещения слоя геотекстильного материала 4 его обрабатывают при отрицательной температуре окружающего воздуха водным раствором поливинилового спирта ПВС и соединения бора, например буры или борной кислоты, с расходом 5-10 л/м2 при их концентрации 3,0…12,0%, 0,2…1,0% соответственно. Затем после промерзания нанесенного раствора геотекстильный иглопробивной нетканый материал 4 покрывают слоем грунта 3. Изобретение обеспечивает повышение надежности гидроизоляции противофильтрационной завесы при воздействии знакопеременных температур за счет формирования слоя криогелевого композита процессом замораживания-оттаивания, прочностные и противофильтрационные свойства которого не ухудшаются при многократных воздействиях процессов замораживания-оттаивания. 1 ил.

Изобретение относится к области строительства, в частности к упрочнению грунта путем введения в грунт затвердевающих веществ, и может быть использовано для упрочнения оснований фундаментов, основания и тела земляного полотна железных и автомобильных дорог, в том числе и в условиях действия напорных грунтовых вод. Способ укрепления грунта включает погружение в грунт трубчатого инъектора, имеющего выходные отверстия и два выходных канала, и подачу под давлением по первому каналу трубчатого инъектора твердеющего раствора под давлением 200-300 атм с вращением инъектора, обеспечивающего разрушение структуры грунта и образование укрепленной зоны в грунте. В качестве инъектируемого раствора применяют полимерный твердеющий раствор, по второму каналу производится подача стабилизатора, который при смешивании с инъектируемым раствором обеспечивает его быстрое схватывание и неразмывание под действием грунтовых вод, полученные колонны передают нагрузку от веса сооружения на несущие слои основания. Технический результат состоит в обеспечении упрочнения оснований под фундаменты зданий и сооружений путем укрепления грунта в обводненных условиях. 1 ил.

Изобретение относится к области строительства и ремонта линейных объектов, расположенных на карстоопасных участках, а именно к укреплению грунтового основания. Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение, является повышение безопасности линейных объектов, расположенных на карстоопасных участках. Способ усиления линейных объектов на карстоопасных участках заключается в том, что определяют участок линейного объекта, на котором возможно образование, по меньшей мере, одной карстовой полости диаметром не более 4 м, на этом участке удаляют проезжую часть, вырезают слой грунта с образованием под ней котлована, ширина которого не меньше ширины проезжей части, для обеспечения содержания суглинка в грунте от 25% до 35% и песка средней крупности в диапазоне от 75% до 65% соответственно, производят обработку грунта в котловане и вырезанного слоя грунта в отвале путем внесения в него суглинка или песка в зависимости от первоначального состава грунта, после чего грунт в котловане и в отвале обрабатывают полифилизатором "ПГСЖ 1" в жидком виде и полифилизатором "ПГСП 3" в виде порошка и перемешивают его. На обработанный в котловане грунт укладывают в проекции под прилагаемыми подвижными нагрузками стальные оцинкованные гофрированные листы и соединяют их, сверху укладывают слои георешетки, на которые укладывают слой грунта, обработанный в отвале, уплотняют его в котловане, на уплотненный грунт укладывают еще один слой георешетки, на которую в несколько слоев укладывают обработанный в отвале грунт, уплотняют каждый слой и устраивают проезжую часть. 7 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области строительства, в частности к упрочнению грунта путем введения в грунт затвердевающих веществ, и может быть использовано для защиты бетонных фундаментов, основания и тела земляного полотна железных и автомобильных дорог от воздействия грунтовых и поверхностных вод. Способ включает погружение в грунт трубчатого инъектора, имеющего выходные отверстия, и подачу под давлением по каналу трубчатого инъектора твердеющего раствора, обеспечивающего разрушение структуры грунта и образование противофильтрационного экрана в виде сплошной вертикальной стены. Первое погружение трубчатого инъектора производят в предварительно пробуренную скважину до глубины залегания водоупорного слоя. Выпускные отверстия трубчатого инъектора выполнены в двух уровнях, расстояние между которыми от нижнего закрытого конца равно половине всей заглубляемой в грунт длины трубчатого инъектора. Выпускные отверстия трубчатого инъектора выполнены в виде сопла, расположенного горизонтально. Подачу твердеющего раствора по каналу трубчатого инъектора производят под давлением 200-300 атм во время подъема трубчатого инъектора из крайне нижнего положения в грунте до уровня, когда верхнее сопло поднимется до границы поверхности грунта. В качестве инъектируемого раствора применяют полимерный твердеющий раствор, обеспечивающий образование первичной фазы уплотненной водонепроницаемой вязкой смеси грунта с инъектируемым раствором с последующим переходом в фазу твердой части противофильтрационного экрана. Последующее от начального пошаговое погружение трубчатого инъектора производят в вязкую смесь грунта с полимерным твердеющим раствором в крайнюю зону создаваемого экрана. Технический результат заключается в повышении надежности защиты бетонных фундаментов, основания и тела земляного полотна железных и автомобильных дорог от воздействия грунтовых вод и повышении производительности труда. 2 ил.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для закрепления грунта. Способ закрепления грунта включает образование скважины, ввод в скважину удлиненного заряда, подачу в скважину твердеющего состава, и после заполнения скважины твердеющим составом удлиненный заряд взрывают, и после взрыва скважину снова заполняют твердеющим составом. Ввод в скважину удлиненного заряда и заполнение скважины твердеющим составом производят возвратно-поступательным перекатыванием в скважине оболочки. Подачу твердеющего состава производят в полость, образованную стенкой скважины и оболочкой. В полость, образованную отогнутыми участками оболочки, подают текучий агент и оболочку периодически выкатывают из скважины. Удлиненные заряды размещают между стенкой скважины и оболочкой. Технический результат - повышение несущей способности сваи. 2 н..п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к дорожному строительству местных и грунтовых дорог, в том числе на переувлажненных суглинках и глинистых грунтах с низкой несущей способностью. Технический результат: повышение прочности грунтовых дорог за счет состава для стабилизации грунта, обладающего свойствами регенерации, диффузионного упрочнения грунта в глубину со временем благодаря диффузии растворимых солей кальция. Состав для стабилизации глинистого грунта включает цемент, буроугольную золу уноса и растворимые соли кальция при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент - 5-50, растворимые соли кальция - 1-3, буроугольная зола уноса - остальное. Также описан способ создания грунтовых дорог с использованием состава для стабилизации и минимальной переработкой грунта на глубину 5-15 см, учитывающий особенности глинистого грунта и предлагаемого стабилизирующего состава. Соли кальция в виде раствора или суспензии в количестве до 0,6 кг/м2 вводятся с водой для увлажнения грунта до 16-20% при создании дорожного полотна. При внесении инертного наполнителя предлагается вводить также пористые материалы, а после уплотнения и профилирования предлагается обработка полимерными эмульсиями для придания поверхности гидрофобности. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 2 табл., 4 пр., 6 ил.
Наверх