СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА Российский патент 1997 года по МПК E02D3/11 

Изобретение относится к области строительства оснований и фундаментов, в частности, к способам термического укрепления грунтов.

Известны способы термического упрочнения грунтов, предусматривающие устройство лидерной скважины, нагнетание в скважину продуктов сгорания топлива, в результате чего образуется термически упрочненная грунтовая свая, а лидерная скважина заполняется инертными материалами или бетоном [1]
К недостаткам известных способов следует отнести их сложность, трудоемкость, длительность процесса термоупрочнения, загрязнение атмосферы продуктами сгорания.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ термического укрепления, преимущественно в виде сваи, включающей образование лидерной скважины, размещение в ней излучателя СВЧ-энергии, тепловое воздействие на окружающий скважину массив грунта в два этапа в течение заданного времени, извлечение излучателя из скважины и заполнение материалом [2]
Однако в известном способе нагревание массива грунта от внешнего контура производят при частоте 500 МГц, что вызывает нагрев до 350- 400^oC. В этом случае происходит резкое удаление воды из пор грунта, что может привести к нарушению целостности скважины.

Кроме того, в известном способе при нагревании массива грунта от внешнего контура к стенке скважины происходит интенсивное удаление воды из пор грунта в забой скважины и ее накопление, что увеличивает продолжение подсушки, из-за давления испарившейся влаги, а следовательно, и продолжительность термического укрепления грунта.

По известному способу излучатель СВЧ-энергии в процессе воздействия на грунт через стенки скважины полем СВЧ-энергии остается неподвижным, что значительно уменьшает равномерность и скорость нагрева массива.

Изобретение решает задачу интенсификации процесса укрепления грунта.

Задача решается тем, что в способе термического укрепления грунта осуществляются бурение лидерной скважины, размещение в ней излучателя СВЧ-энергии, тепловое воздействие на окружающий скважину массив грунта в два этапа в течение заданного времени, извлечение излучателя из скважины и заполнение ее материалом, причем согласно изобретению на первом этапе теплового воздействия ведут нагревание грунта до температуры, равной 150^oC, при мощности излучения 15- 17,25 кВт, а на втором до температуры, равной 1000^oC при мощности излучения 50 кВт, причем во время теплового воздействия осуществляют возвратно-поступательное перемещение излучателя вдоль скважины.

Способ осуществляют следующим образом.

Производят бурение лидерной скважины, диаметром 300 мм на глубину 5 м. В забой скважины устанавливают волновод с излучателем, отверстие герметизирует плитой с патрубком для подсоединения вакуумнасоса и отверстием для размещением волновода. Производят подсушку массива грунта через стенку скважины, нагревая грунт до температуры, равной 150^oC при минимальной мощности, равной 15 17,25 кВт с одновременным перемешиванием источника энергии снизу вверх и удалением испаряющейся влаги вакуум-насосом. После подсушки волновод опускают в исходное положение (забой скважины) и при равномерном нагреве грунта до температуры, равной 1000^oC и при максимальной мощности, равной 50 кВт, производят термообработку массива грунта через стенку скважины с одновременным перемещением источника энергии снизу-вверх. После термообработки массива грунта волновод удаляют из скважины, производят герметизацию устья скважины и выдержку нагретого массива с последующей разгерметизацией и заполнением скважины инертным материалом или бетоном.

Пример осуществления способа:
1. Исходные данные. Параметры СВЧ-установки:
выходная мощность, Р=50 кВТ;
частота электромагнитного колебания -915 МГц,
радиус волновода, R=0,125 м,
расстояние от поверхности грунта, X=0,15 см,
2. Параметры закрепленного грунта (см. таблицу).

Параметры грунта определялись путем лабораторных экспериментов.

На 1 этапе мощность установки СВЧ-энергии составляет в интервале температур 0 100^oC 17,25 кВт, а в интервале температур 100 150^oC составляет 15,07 кВт, продолжительность выдерживания данных температур составляет 1,62 ч.

На втором этапе работ мощность установки СВЧ-энергии составляет 50 кВт. Продолжительность термообработки массива грунта объемом 1 м³ при равномерном нагреве грунта до температуры 1000^oC составляет 6,45 ч.

Таким образом, общая продолжительность составляет 8,07 ч. расход энергии составляет 1453 МДж/м³. Время термоупрочнения грунта по известному способу составляет 32 часа, а расход энергии 6128, МДж/м³.

Использование данного способа термического укрепления грунта обеспечивает, по сравнению с существующими способом, высокое качество за счет равномерной термообработки массива грунта, возможность дистанционного управления термической обработкой и автоматизации этого процесса. Предлагаемый способ сокращает длительность процесса и снижет расход энергии.

Использование: в области строительства оснований и фундаментов для термического укрепления грунтов, преимущественно в виде сваи. Сущность изобретения: способ термического укрепления грунта включает образование лидерной скважин, размещение в ней излучателя СВЧ-энергии, тепловое воздействие на окружающий скважину массив грунта в два этапа в течение заданного времени, извлечение из скважины и заполнение ее материалом, причем на первом этапе теплового воздействия ведут нагревание грунта до температуры, равной 150^oC, с наименьшей мощностью излучения (15-17.25 кВт), а на втором - при наибольшей мощности излучения (50 кВт) с нагревом грунта до температуры, равной 1000^oC. Во время теплового воздействия осуществляют возвратно- поступательное перемещение излучателя вдоль скважины. 1 табл.

Способ термического укрепления грунта преимущественно в виде свай, включающий образование лидерной скважины, размещение в ней излучателя СВЧ-энергии, тепловое воздействие на окружающий скважину массив грунта в два этапа в течение заданного времени, извлечение излучателя из скважины и заполнение ее материалом, отличающийся тем, что на первом этапе теплового воздействия ведут нагревание грунта до температуры, равной 150^oС, при мощности излучения 15 17,25 кВт, а на втором до температуры, равной 1000^oС, при мощности излучения 50 кВт, причем во время теплового воздействия осуществляют возвратно-поступательное перемещение излучателя вдоль скважины.