СПОСОБ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА Российский патент 1997 года по МПК E02D3/12 

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам закрепления содержащего органические вещества грунта, например, истинного плывуна.

Известно применение для закрепления таких грунтов инъецируемых растворов и суспензии [1] но эти нельзя достичь высокой прочности закрепления при значительной концентрации продуктов метаболизма микроорганизмов и нативных суспензий.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ закрепления грунта [2] включающий бурение скважин и последовательное нагнетание в закрепляемый массив промывочной жидкости и закрепляющего раствора. При этом в качестве промывочной жидкости используют подогретую до температуры 40^oC воду, слабые растворы неорганических кислот, хлоридов кальция, натрия и т.п. ее расход принимают, равным трехкратному объему пор закрепляемого грунта.

Известный способ имеет следующие недостатки. Инъецирование значительного количества жидкости приводит к подтоплению территории, интенсивному перемещению органических веществ в выше-, нижерасположенные и в смежные объемы грунта. Следствием этого является существенное снижение прочности при закреплении и по существу приводит к потере смысла в самом выполнении таких работ. Повышенная температура промывочной жидкости благотворно сказывается на интенсификации процессов метаболизма питательного субстрата мезофильной группой микроорганизмов, для многих из которых грунт является естественной средой обитания. Следствием этого является дальнейшее повышение деформаций массива грунта и снижение прочности при его закреплении. Кроме того, повышение температуры поровой жидкости приводит к снижению ее вязкости и ускорению диффузии ее компонентов в уже промытый массив грунта. Это при высокой скорости фильтрации, например, в песчаных грунтах, и значительной концентрации органических веществ не позволяет получить высокую прочность закрепленного грунта. При трехкратном превышении расхода жидкости над объемом пор возможно, и лишь в водонасыщенных грунтах, при условии, что все органические вещества находятся в поровой жидкости, а не сорбированы на поверхности минеральных зерен, уменьшение концентрации таких веществ не более чем в 4 раза. В реальных же условиях, и тем более для маловажных грунтов, этот показатель должен быть существенно ниже. Это объясняет невысокую прочность закрепления грунта.

Применение для промывки растворов электролитов (солей кальция, натрия и т. п.) ведет к коагуляции некоторых компонентов порового раствора (например, биополимеров), перезарядке поверхности минеральных зерен и, как следствие, к снижению эффективности подготовки грунта и его невысокой прочности после закрепления.

Целью предложенного способа является повышение прочности закрепления грунта путем уменьшения содержания в нем растворимых органических веществ за счет одновременного нагнетания промывочной жидкости и удаления образующегося фильтрата.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе закрепления грунта, заключающемся в устройстве буровых выемок и последовательном нагнетании в закрепляемый массив промывочной жидкости и закрепляющего раствора, до подачи промывочной жидкости определяют качественный и количественный состав растворенных и находящихся в сорбированном виде органических веществ, одновременно с промывкой осуществляют откачивание из грунта образующегося фильтрата и проводят контроль вымываемых органических веществ, а после их удаления нагнетают закрепляющий раствор.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявленный способ отличается от известного тем, что до подачи промывочной жидкости определяют содержание в грунте органических веществ, одновременно с подачей промывочной жидкости через смежные скважины откачивают фильтрат, определяют содержание в нем вымываемых органических веществ и после снижения их количества в грунте до требуемого уровня, проводят инъецирование закрепляющего раствора.

Известны технические решения [1] в которых в грунт перед инъецированием закрепляемого раствора нагнетают промывочную жидкость.

Однако решение со сходными признаками определение качественного и количественного состава растворимых органических веществ в грунте, удаление фильтрата, представляющего собой раствор органических веществ в промывочной жидкости отсутствует. Этим отличается предложенный способ от известных.

Способ закрепления грунта реализуют следующим образом.

На строительной площадке устраивают буровые выемки (скважины, шпуры), в которых устанавливают две системы рабочего оборудования; одну используют для инъецирования в грунт промывочной жидкости, а после промывки грунта для закачивания закрепляющего раствора, вторую для удаления из грунта образующегося фильтрата. Расстояние между буровыми выемками для инъекционной системы определяют, исходя из требований по инъецированию закрепляющего раствора, а для удаления фильтрата из требований по водопонижению. Перед промывкой грунта определяют полное содержание в ней органических веществ и путем приготовления образцов закрепленного грунта на непромытом и промытом грунте определяют их допустимое содержание, а также технологические параметры промывочной жидкости (температура, концентрация и т.п.) и ее расход. Затем в грунт нагнетают промывочную жидкость и одновременно откачивают фильтрат. По мере его удаления определяют содержание вымываемых органических веществ, корректируя при необходимости параметры процесса (температуру, расход промывочной жидкости и т.п.). После промывки грунта осуществляют инъецирование закрепляющего раствора.

Эффективность заявляемого способа по сравнению с известным по прототипу оценивали по прочности образцов (диаметром 5 см, высотой 5 см) закрепленного цементацией песчаного грунта после 7, 14 и 28 суток твердения при нормальных условиях. Смеси готовили с использованием портландцемента М300, при его расходе 13% от массы песка. Кварцевый песок модуль крупности Мкр 2,5, удельная поверхность 12,08 см²/г. Образцы формовали при действии статической нагрузки, обеспечивающей характерное для цементации грунта давление 0,7 МПа. Песок предварительно подвергали биообработке суспензией микроорганизмов, присутствие которых характерно для микрофлоры грунтов; такую обработку проводили в течение 7 суток при температуре 20^oC. В качестве питательного субстрата использовали раствор мелассы в водопроводной воде. При биообработке обеспечивали полное насыщение пор грунта субстратом.

Для моделирования процесса закрепления грунта по известному способу применяли нативные субстраты с концентрацией в 4 и 2 раза меньше чем по заявленному. Первое значение соответствует максимальному, а второе - промежуточному (в большой степени адекватно условию закрепления маловлажного грунта) значению разбавления поровой жидкости.

После такой обработки при закреплении по заявленному способу грунт промывали водопроводной водой с температурой 17^oC. Количество промывочной жидкости принимали 0,5 и 0,25 от массы песка. Это по расходу водопроводной воды эквивалентно использованию, при применении известного способа закрепления грунта, разбавленных, соответственно в 4 и 2 раза, нативных субстратов.

Результаты сравнительных испытаний образцов закрепленного грунта по заявленному и известному способам представлены в таблице.

Примечания.

1. В опытах 7 и 9 исходная концентрация органических веществ получена путем разбавления нативного субстрата с концентрацией сухих веществ 4,86% путем введения в него водопроводной воды в количестве соответственно 5 и 0,25 от массы песка. Таким образом, по расходу промывочной жидкости условия опытов 7 и 4, 8 и 3 адекватны; аналогично адекватность достигнута и в опытах 9 и 6, 10 и 5.

2. Общее количество органических веществ, вымываемых из песка до закрепления, в опытах 1, 2, 7, 8, 9 и 10 определяется потерями за счет фильтрации при подготовке образцов к закреплению, а в опытах 3 6 промывкой грунта при его подготовке к закреплению, что предусмотрено заявленным способом.

Вывод: Заявленный способ обеспечивает повышение прочности закрепления в сравнении с прототипом.

Способ включает устройство буровых выемок и последовательное инъецирование в закрепляемый массив промывочной жидкости и закрепляющего раствора. Перед заканчиванием промывочной жидкости определяют качественный и количественный состав растворимых органических веществ, содержащихся в грунте. Одновременно с промывкой откачивают образующийся фильтрат, проводят контроль вымываемых органических веществ и затем нагнетают закрепляющий раствор. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ закрепления грунта, включающий устройство буровых выемок и последовательное инъецирование в закрепляемый массив промывочной жидкости и закрепляющего раствора, отличающийся тем, что до подачи промывочной жидкости определяют качественный состав и количественное содержание растворимых органических веществ в закрепляемом грунте, одновременно с промывкой осуществляют откачивание образующегося фильтрата и проводят контроль вымываемых органических веществ, а после их удаления нагнетают закрепляющий раствор. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при промывке в грунте оставляют количество органических веществ, обеспечивающее более высокую прочность закрепленного грунта по сравнению с полным их вымыванием. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при промывке из грунта удаляют растворимые органические вещества, снижающие прочность закрепленного грунта.