СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ НАБИВНОЙ КОНСТРУКЦИИ В ГРУНТЕ Российский патент 2004 года по МПК E02D5/34 E02D5/44 

Изобретение относится к области строительства, в частности к способам возведения в грунте набивных конструкций, в том числе свайных фундаментов, инъекционных анкеров, стен в грунте, набивных армогрунтовых конструкций и других геотехнических конструкций различного назначения, используемых как при строительстве новых сооружений, так и при реконструкции или усилении существующих сооружений.

Известен способ устройства свай с камуфлетным уширением пяты, включающий бурение скважины под сваю, опускание на дно скважины заряда взрывчатого вещества (ВВ), заполнение скважины бетонной смесью, взрывание заряда детонирующего вещества и образование в грунте камуфлетного уширения нижнего конца сваи [1]. Недостатком известного способа является недопустимость его использования в условиях реконструкции, внутри действующих производств из-за опасности неконтролируемого взрыва от детонации и др. Наиболее близким к изобретению по своей сущности и достигаемому техническому результату является способ возведения набивной конструкции в грунте, включающий образование скважины, подачу в скважину твердеющего материала, установку в нее имеющего электроды инвентарного электрического излучателя, соединенного с источником импульсных электрических разрядов, возбуждение высоковольтных электрических разрядов с помощью излучателя с последующим извлечением его из скважины [2].

Недостатком способа является низкая эффективность в большинстве грунтовых условий из-за неизбежных потерь энергии в электромагистрали и невозможности увеличения мощности технологического оборудования в строительных условиях в необходимых условиях. Известна погружная скважинная разрядная станция [3] для обработки стенок нефтяных скважин, к недостаткам которой относится низкая энергоемкость, не позволяющая кардинально влиять на свойства окружающих скважину грунтов при использовании их в строительных целях и не позволяющая обеспечить повышение несущей способности системы "грунт - набивная конструкция в грунте".

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности уплотнения окружающего набивную конструкцию грунта и материала самой конструкции для обеспечения совместности их работы при одновременном обеспечении возможности возведения в грунте набивной конструкции как при строительстве новых сооружений, так и при реконструкции существующих сооружений или их усилении, в том числе в условиях тесной городской застройки и расширения тем самым области использования.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе возведения набивной конструкции в грунте, включающем образование скважины, подачу в скважину твердеющего материала, установку в нее имеющего электроды инвентарного электрического излучателя, соединенного с источником импульсных электрических разрядов, возбуждение высоковольтных электрических разрядов с помощью излучателя с последующим извлечением его из скважины, согласно изобретению, по крайней мере, один высоковольтный разряд производят с одновременной подачей в межэлектродное пространство излучателя недетонирующей водонаполненной экзотермической смеси и ее сжиганием при высоковольтном электрохимическом взрыве с выделением газов, пара и плазмы и созданием ударной волны и давления до 100 МПа, дополнительно расширяющих скважину с уплотнением грунта ее стенок и заполняющего скважину твердеющего материала. При этом в качестве недетонирующей водонаполненной экзотермической смеси могут использовать пасту, содержащую алюминиевый порошок, селитру и воду. В качестве твердеющего материала могут использовать, например, бетонную смесь. Могут производить беспробойные электрические разряды. Высоковольтные разряды могут производить, по крайней мере, при расположении излучателя на забое скважины.

Излучатель могут оснащать секционированным картриджем для хранения и порционной подачи недетонирующей водонаполненной экзотермической смеси при производстве очередного электрохимического взрыва. Излучатель могут объединять с погружной разрядной электрической станцией, которую снабжают секционированным картриджем для хранения и порционной подачи недетонирующей водонаполненной экзотермической смеси, и станцию погружают в скважину совместно с излучателем. После извлечения излучателя из скважины в твердеющий материал могут погружать арматурный каркас.

Перед погружением излучателя в скважину к нему могут прикреплять разъемным соединением арматурный каркас, а перед извлечением излучателя производят отсоединение его от арматурного каркаса, который оставляют в скважине.

При возведении набивной опорной конструкции в грунтах с включениями скальных пород электрический разряд с электрохимическим взрывом могут производить с одновременным разрушением скальной породы и образованием в разрушенной зоне укрепленного твердеющим материалом массива.

Излучатель могут закреплять на полой штанге, а подачу в межэлектродное пространство порции недетонирующей водонаполненной экзотермической смеси осуществляют через полость штанги. Скважину в грунте могут образовывать бурением или с использованием инвентарной обсадной трубы, извлечение которой производят циклично с осуществлением каждого цикла перед производством очередного высоковольтного разряда или с использованием тиксотропного раствора, преимущественно бентонитового, или с использованием инвентарной обсадной трубы с теряемым наконечником, после отсоединения которого производят извлечение обсадной трубы.

В грунте могут возводить сваю или анкер цилиндрическую или в виде усеченного конуса, обращенную большим основанием вниз или вверх, или сваю или анкер с, по крайней мере, одним уширенным участком по высоте, или стеновую или ограждающую конструкцию из примыкающих друг к другу свай или свай с уширениями примыкающими друг к другу, или армирующую грунт конструкцию в виде сваи или анкера с, по крайней мере, одним уширенным участком. При этом армирующую грунт конструкцию могут возводить в теле насыпи с расположением свай и/или анкеров рядами и/или ярусами соответственно по ширине и высоте насыпи, или армирующую грунт конструкцию могут возводить в насыпном грунте или грунте естественного сложения, расположенном за возводимой вновь или усиливаемой подпорной стенкой, или стенкой набережной, или устоем моста, или путепровода, или эстакады.

Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков, состоит в повышении эффективности уплотнения окружающего набивную конструкцию грунта и материала самой конструкции для обеспечения совместной их работы и повышения несущей способности системы "окружающий грунт - набивная конструкция в грунте" при одновременном обеспечении возможности использования как при строительстве новых сооружений, так и при реконструкции существующих или их усилении, в том числе в условиях тесной городской застройки и расширения тем самым области использования.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 схематично изображена заполненная твердеющим материалом скважина с погруженным излучателем перед производством разряда с одновременной подачей в межэлектродное пространство излучателя недетонирующей водонаполненной экзотермической смеси;
на фиг. 2 то же, при беспробойном разряде при большом межэлектродном пространстве и трубчатом картридже с водонаполненной экзотермической смесью;
на фиг. 3 то же, в процессе обработки окружающего грунта излучателем на штанге для порционной подачи водонаполненной экзотермической смеси в межэлектродное пространство излучателя;
на фиг. 4 то же, с погружной разрядной электрической станцией и картриджем для водонаполненной экзотермической смеси.

Способ осуществляют согласно изобретению следующим образом.

Известным буровым станком устраивают в грунте 1 скважину 2, обсаженную, в случае необходимости, инвентарной обсадной трубой 3. Затем заполняют скважину (полностью или частично) твердеющим материалом 4, например бетонной смесью. В расчетное место по глубине скважины 2 опускают на штанге 5 инвентарный электрический излучатель энергии 6, соединенный электромагистралью 7 с источником импульсных электрических разрядов 8, и присоединенный к электродам 9 излучателя 6 картридж 10, заполненный недетонирующей водонаполненной экзотермической смесью 11, например пастой из алюминиевого порошка, селитры и воды и расположенный в межэлектродном пространстве 12. В расчетное время оптимального воздействия на твердеющий материал 4 производят разряд между электродами 9 излучателя 6. Электрический разряд раскаляет недетонирующую водонаполненную экзотермическую смесь в картридже 10, в результате чего происходит высоковольтный электрохимический взрыв и сжигание смеси 11 с выделением большого объема газов, пара и плазмы. Давление при взрыве достигает величины до 100 МПа, что образует в твердеющем материале 4 парогазовую полость, которая порождает ударную волну и гидропотоки и раздвигает стенки скважины 2, уплотняя твердеющий материал 4 и окружающий скважину 2 грунт 1.

При необходимости выполнения серии взрывов излучатель 6 энергии размещают на полой штанге 5, которая позволяет порционно подавать смесь 11 непосредственно в межэлектродное пространство 12 излучателя 6.

Для повышения количества сжигаемой смеси и повышения за счет этого эффективности способа целесообразно применять режим беспробойного разряда. Это достигается разведением электродов 9 излучателя 6 на расстояние 20-250 см и выполнением картриджа в виде трубки 13, заполненной недетонирующей водонаполненной экзотермической смесью 11 или введением в состав твердеющего материала специальной добавки, повышающей электропроводность.

Для повышения прочности материала набивной опорной конструкции, например сваи 14, обработку твердеющего материала производят в определенное время процесса твердения бетонной смеси, в частности, в момент нарушения термодинамической устойчивости вяжущей системы [4].

Для повышения качества уплотнения водонасыщенных песчаных грунтов обработку скважин целесообразно производить под избыточным давлением столба твердеющего материала 4, например, за счет повышения его уровня в обсадной трубе 3. Излучатель 6 могут объединять с погружной разрядной электрической станцией 15, которую снабжают секционированным картриджем 10 для хранения и порционной подачи недетонирующей водонаполненной экзотермической смеси 11 и станцию 15 погружают в скважину 2 совместно с излучателем 6, что обеспечивает избежание потерь в электромагистрали 7.

После извлечения излучателя 6 из скважины 2 в твердеющий диэлектрический материал могут погружать арматурный каркас (на чертежах не показан) или перед погружением излучателя 6 в скважину 2 к нему прикрепляют разъемным соединением (на чертежах не показан арматурный каркас(не показан), а перед извлечением излучателя 6 производят отсоединение его от арматурного каркаса, который оставляют в скважине 2.

При возведении набивной опорной конструкции 14 в грунтах с включениями скальных пород электрический разряд с электрохимическим взрывом производят с одновременным разрушением скальной породы и образованием в разрушенной зоне укрепленного твердеющим материалом массива.

Если скважину 2 образуют с использованием обсадной трубы 3, извлечение ее могут производить циклично с осуществлением каждого цикла перед производством очередного высоковольтного разряда.

Скважину 2 могут образовывать с использованием тиксотропного раствора, преимущественно бентонитового, или трубы с теряемым наконечником (на чертежах не показано), после соединения которого производят извлечение обсадной трубы.

В грунте могут возводить сваю 14 или анкер (на чертежах не показано) цилиндрическую или в виде усеченного конуса, обращенную большим основанием вниз или вверх, или сваю или анкер с, по крайней мере, одним уширенным участком 16 по высоте.

В грунте могут возводить стеновую или ограждающую конструкцию (на чертежах не показано) из примыкающих друг к другу свай 14 или свай с уширениями 16, примыкающими друг к другу.

В грунте могут возводить армирующую грунт конструкцию в виде сваи 14 или анкера с, по крайней мере, одним уширенным участком 16.

Армирующую грунт конструкцию могут возводить в теле насыпи (на чертежах не показано) с расположением свай и/или анкеров рядами и/или ярусами соответственно по ширине и высоте насыпи.

Армирующую грунт конструкцию могут возводить в насыпном грунте или грунте естественного сложения, расположенном за возводимой вновь или усиливаемой подпорной стенкой, или стенкой набережной, или устоем моста, или путепровода, или эстакады (на чертежах не показано).

Источники информации
1. Ганичев И.А. Устройство искусственных оснований и фундаментов. - М.: Стройиздат, 1981, с. 65.

2. Бахолдин Б.В., Джантимиров Х.А. Новые электроразрядные технологии в геотехническом строительстве. Основания, фундаменты и механика грунтов. 4, 5, 1998, раздел "Технология и производство работ", с. 47-52.

3. Кондриков Б.Н. Взрывные превращения электрической и химической энергии. - Киев: Наукова думка, 1987.

4. Гаркави М. С. Термодинамический анализ структурных превращений в твердеющих системах. "Стекло и керамика", 1998, 6.

Изобретение относится к области строительства, в частности к способам возведения в грунте набивных конструкций. Способ включает образование скважины, подачу в скважину твердеющего электропроводного материала, установку в нее имеющего электроды инвентарного электрического излучателя, соединенного с источником импульсных электрических разрядов, возбуждение высоковольтных электрических разрядов с помощью излучателя с последующим извлечением его из скважины. Новым является то, что по крайней мере один высоковольтный разряд производят с одновременной подачей в межэлектродное пространство излучателя недетонирующей водонаполненной экзотермической смеси и ее сжиганием при высоковольтном электрохимическом взрыве с выделением газов, пара и плазмы и созданием давления до 100 МПа и ударной волны, дополнительно расширяющих скважину с уплотнением грунта ее стенок и заполняющего скважину твердеющего материала. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в повышении эффективности уплотнения окружающего набивную конструкцию грунта и материала самой конструкции при одновременном обеспечении возможности использования как при строительстве новых сооружений, так и при реконструкции или усилении существующих и расширении тем самым области использования. 19 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ возведения набивной конструкции в грунте, включающий образование скважины, подачу в скважину твердеющего материала, установку в нее имеющего электроды инвентарного электрического излучателя, соединенного с источником импульсных электрических разрядов, возбуждение высоковольтных электрических разрядов с помощью излучателя с последующим извлечением его из скважины, отличающийся тем, что, по крайней мере, один высоковольтный разряд производят с одновременной подачей в межэлектродное пространство излучателя недетонирующей водонаполненной экзотермической смеси и ее сжиганием при высоковольтном электрохимическом взрыве с выделением газов, пара и плазмы и созданием давления до 100 МПа и ударной волны, дополнительно расширяющих скважину, с уплотнением грунта ее стенок и заполняющего скважину твердеющего материала.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве недетонирующей водонаполненной экзотермической смеси используют пасту, содержащую алюминиевый порошок, селитру и воду.3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве твердеющего материала используют, например, бетонную смесь.4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что производят беспробойные электрические разряды при большом межэлектродном пространстве (20-250см), перекрываемом трубчатым картриджем.5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что высоковольтные разряды производят, по крайней мере, при расположении излучателя на забое скважины.6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что излучатель оснащают секционированным картриджем для хранения и порционной подачи недетонирующей водонаполненной экзотермической смеси при производстве очередного электрохимического взрыва.7. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что излучатель объединяют с погружной разрядной электрической станцией, которую снабжают секционированным картриджем для хранения и порционной подачи недетонирующей водонаполненной экзотермической смеси, и станцию погружают в скважину совместно с излучателем.8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что после извлечения излучателя из скважины в твердеющий материал погружают арматурный каркас.9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что перед погружением излучателя в скважину к нему прикрепляют разъемным соединением арматурный каркас, а перед извлечением излучателя производят отсоединение его от арматурного каркаса, который оставляют в скважине.10. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что при возведении набивной опорной конструкции в грунтах с включениями скальных пород электрический разряд с электрохимическим взрывом производят с одновременным разрушением скальной породы и образованием в разрушенной зоне укрепленного твердеющим материалом массива.11. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что излучатель закрепляют на полой штанге, а подачу в межэлектродное пространство порции недетонирующей водонаполненной экзотермической смеси осуществляют через полость штанги.12. Способ по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что скважину в грунте образуют бурением.13. Способ по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что скважину образуют с использованием инвентарной обсадной трубы, извлечение которой производят циклично с осуществлением каждого цикла перед производством очередного высоковольтного разряда.14. Способ по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что скважину образуют с использованием тиксотропного раствора, преимущественно бентонитового.15. Способ по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что скважину образуют с использованием инвентарной обсадной трубы с теряемым наконечником, после отсоединения которого производят извлечение обсадной трубы.16. Способ по любому из пп.1-15, отличающийся тем, что в грунте возводят сваю или анкер цилиндрическую или в виде усеченного конуса, обращенную большим основанием вниз или вверх, или сваю или анкер с, по крайней мере, одним уширенным участком по высоте.17. Способ по любому из пп.1-15, отличающийся тем, что в грунте возводят стеновую или ограждающую конструкцию из примыкающих друг к другу свай или свай с уширениями, примыкающими друг к другу.18. Способ по любому из пп.1-15, отличающийся тем, что в грунте возводят армирующую грунт конструкцию в виде сваи или анкера с, по крайней мере, одним уширенным участком.19. Способ по п.18, отличающийся тем, что армирующую грунт конструкцию возводят в теле насыпи с расположением свай и/или анкеров рядами и/или ярусами соответственно по ширине и высоте насыпи.20. Способ по п.18, отличающийся тем, что армирующую грунт конструкцию возводят в армирующем грунте или грунте естественного сложения, расположенном за возводимой вновь или усиливаемой опорной стенкой, или стенкой набережной, или устоем моста, или путепровода, или эстакады.