СПОСОБ КОНТРОЛЯ ДИАМЕТРА КОЛОНН, РЕАЛИЗОВАННЫХ ПУТЕМ ИНЖЕКЦИИ СТРОИТЕЛЬНОГО РАСТВОРА Российский патент 2005 года по МПК G01V3/22 G01B7/12 

Объектом предлагаемого изобретения является способ контроля диаметра колонн, реализованных с использованием технологии инжекции или нагнетания под давлением строительного раствора, обозначаемой обычно англоязычным термином "jet grouting".

Эта технология состоит в бурении в грунте вертикальной и по существу цилиндрической скважины при помощи бурового инструмента, который выдает одну или несколько струй жидкости под давлением, позволяя осуществить подготовку основания в грунте. Затем выполненная таким образом скважина заполняется жидким строительным раствором или аналогичным ему материалом для получения колонны, которая, таким образом, отливается непосредственно в скважине. Эта технология описана, в частности, во французском патенте № 2700128.

Понятно, что в процессе осуществления этой операции бурения на различных глубинах эффективный диаметр этой скважины может изменяться существенным образом в зависимости от встречающихся неоднородностей структуры залегающего на различных глубинах грунта и, в частности, от характера этого грунта.

Из сказанного выше следует, что полученная таким образом колонна может иметь относительно большие различия диаметра в зависимости от рассматриваемой глубины. Эта проблема является тем более острой, что такая колонна может иметь значительную глубину, в ряде случаев достигающую 15 метров.

В некоторых случаях реализуют последовательность таких колонн, примыкающих друг к другу, для того чтобы сформировать таким образом сплошной барьер в грунте. Ясно, что для применения такого типа особенно важно иметь возможность контролировать диаметр каждой колонны на различных глубинах с тем, чтобы убедиться в непрерывности создаваемого таким образом барьера по всей его высоте.

В настоящее время не существует способов, пригодных для контроля диаметра колонн, реализованных с использованием струи жидкого строительного раствора после его приготовления. Используемая для такого контроля в настоящее время технология состоит в реализации контрольной колонны, верхнюю часть которой затем откапывают из грунта для того, чтобы визуально проконтролировать ее диаметр. Понятно, однако, что такая технология является достаточно трудоемкой и она в любом случае не позволяет проконтролировать диаметр колонны в ее более заглубленной части.

Кроме того, известны технологии, предназначенные для реализации электрических измерений, имеющих целью определить характер грунта на определенной глубине. В соответствии с этой технологией в скважину устанавливают зонд, содержащий последовательность равномерно удаленных друг от друга электродов, которые служат, с одной стороны, электродами для измерения разности потенциалов, а с другой стороны, электродами эмиссии электрического тока в грунт.

Электроды эмиссии электрического тока создают силовые линии электрического поля в цилиндрическом объеме, который охватывает данную скважину, и измерения разности электрических потенциалов, выполняемые на различных глубинах в этой скважине, позволяют определить характеристики грунта на различных глубинах при помощи значения некоторой физической величины, являющейся репрезентативной для характера данного грунта.

Эта физическая величина представляет собой удельное электрическое сопротивление грунта, определение которой позволяет оценить характер этого грунта. Такая технология подробно описана в европейском патенте № 581686 на имя Заявителя.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ контроля диаметра колонн, реализованных в грунте с использованием уже упоминавшейся выше технологии "jet grouting", который при этом не будет представлять собой разрушающий способ контроля, позволяя осуществить этот контроль по всей глубине реализованной колонны.

Для решения этой задачи в соответствии с предлагаемым изобретением способ контроля диаметра колонны, реализованной в грунте путем нагнетания строительного раствора под давлением, отличается тем, что он содержит следующие этапы:

- формируют измерительную систему, образованную трубчатым элементом, длина которого по существу равна длине данной колонны, причем упомянутый трубчатый элемент оборудован множеством электродов эмиссии, предназначенных для создания электрического поля, и множеством измерительных электродов, предназначенных для измерения разности потенциалов, создаваемых упомянутым электрическим полем, и связанных соответственно с источником электрической энергии и со средствами измерения электрического потенциала;

- выполняют эталонное бурение грунта в непосредственной близости от места, где реализуются упомянутые колонны, и размещают в полученной таким образом скважине упомянутую измерительную систему для того, чтобы снять замеры электрического напряжения, являющиеся репрезентативными по отношению к физическим характеристикам грунта на различных глубинах в этой эталонной скважине, в результате чего получают серию эталонных измерений для упомянутых глубин;

- в подлежащей тестированию колонне просверливают осевое отверстие, диаметр которого намного меньше диаметра самой этой колонны;

- вводят упомянутую измерительную систему в отверстие, просверленное в упомянутой колонне, и осуществляют измерения соответствующего электрического напряжения на различных глубинах в этом отверстии, в результате чего получают реальные замеры, являющиеся репрезентативными для некоторой физической характеристики, связанной с упомянутой колонной и с окружающим ее грунтом, для различных глубин;

- обрабатывают упомянутые реальные измерения при помощи упомянутых эталонных измерений, в результате чего получают информацию, являющуюся репрезентативной для диаметра упомянутой колонны на различных глубинах.

Понятно, что в соответствии с предлагаемым способом прежде всего выполняют эталонное бурение скважины, которое производится в непосредственной близости от того места, где должны быть изготовлены подлежащие контролю колонны. Затем выполняют соответствующие электрические измерения в этой эталонной скважине для того, чтобы получить эталонные физические величины, соответствующие различным глубинам этой скважины. При этом глубина такой эталонной скважины соответствует, разумеется, глубине изготавливаемых в данном случае колонн.

На втором этапе осуществления предлагаемого способа после реального изготовления колонны с использованием упомянутой технологии "jet grouting" выполняют осевое сверление в изготовленной колонне и с использованием того же самого измерительного устройства и на различных глубинах полученного таким образом отверстия и, следовательно, на различных глубинах тестируемой колонны осуществляют измерения.

Выполненные таким образом измерения позволяют получить для каждого значения глубины некоторый физический параметр, который связан, с одной стороны, с диаметром данной колонны на этой глубине, а с другой стороны, со слоями окружающего эту колонну грунта, взаимодействующими с созданным электрическим полем.

Обрабатывая соответствующим образом эти измерения для каждого значения глубины при помощи результатов, полученных в процессе эталонных измерений, выполненных на эталонной скважине, можно вывести из них величины, присущие одной только этой колонне, и, следовательно, определить диаметр этой колонны или по меньшей мере некоторую относительную величину, являющуюся репрезентативной для оценки диаметра этой колонны.

В соответствии с первым способом реализации предлагаемого изобретения в процессе просверливания осевого отверстия или шпура в упомянутой колонне дополнительно измеряют, для различных глубин, возможный наклон этого отверстия или шпура по отношению к вертикали, в результате чего получают серию замеров наклона и после этого корректируют данные, являющиеся репрезентативными для диаметра данной колонны на различных глубинах с помощью упомянутых измерений наклона.

При использовании этого усовершенствованного способа реализации предлагаемого изобретения понятно, что в данном случае принимают во внимание возможный наклон осевого отверстия или шпура, выполненного в данной колонне перед установкой упомянутой измерительной системы. Определение наклона этого отверстия для различных глубин позволяет откорректировать полученные измерения и откорректировать, таким образом, измерения диаметра.

В соответствии с первым способом реализации данного изобретения упомянутое осевое отверстие или шпур реализуется в условиях, когда материал, служащий для реализации данной колонны, еще не схватился.

В соответствии со вторым способом реализации этого изобретения осевое отверстие или шпур реализуется в условиях, когда материал, служащий для реализации данной колонны, уже схватился, по меньшей мере частично.

В предпочтительном варианте реализации предлагаемого изобретения упомянутая физическая величина представляет собой удельное электрическое сопротивление грунта или того материала, из которого изготовлена данная колонна, и для обработки упомянутых реальных измерений при помощи упомянутых эталонных измерений используют специальные программно-математические средства для трехмерной интерпретации замеров удельного электрического сопротивления, полученных в процессе эталонных измерений, и замеров удельного электрического сопротивления, относящихся к геометрии реализованной в данном случае колонны и окружающего ее грунта.

Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания нескольких не являющихся ограничительными примеров его реализации, в котором даются ссылки на приведенные фигуры, среди которых:

- Фиг.1а-1d схематически иллюстрируют различные этапы осуществления способа измерения диаметра колонн в соответствии с предлагаемым изобретением;

- Фиг.2 схематически иллюстрирует первый способ осуществления измерений в соответствии с предлагаемым изобретением;

- Фиг.3 схематически иллюстрирует второй способ осуществления измерений в соответствии с предлагаемым изобретением.

Обращаясь прежде всего к иллюстрациям, приведенным на фиг.1а-1d, можно изложить в целом способ измерения диаметра колонн, реализованных при помощи струи жидкого строительного раствора, в различных точках, располагающихся по высоте или глубине данной колонны.

На первом этапе осуществления способа в соответствии с предлагаемым изобретением, схематически проиллюстрированном на фиг.1а, выполняют бурение в грунте 10 цилиндрической скважины 12, глубина L которой равна глубине колонн, которые необходимо реализовать в данном случае.

Затем в эту скважину 12 вводят электрическую измерительную систему 14, которая образована трубчатой конструкцией 16, внутри которой можно разместить совокупность зондов 18, представляющих собой главным образом электроды, каждый из которых связан с электрическими проводниками 22.

Эти электрические проводники 22 подключены к электрическим устройствам, схематически представленным позицией 24, которые в основном представляют собой генераторы электрического тока и устройства для измерения разности электрических потенциалов.

Как это более подробно описано в европейском патенте под № 581686, который должен рассматриваться здесь в качестве документа, представляющего собой неотъемлемую часть предлагаемой заявки на патент, некоторые из упомянутых выше электродов представляют собой электроды эмиссии электрического тока, которые позволяют создать силовые линии электрического поля, определяющие электрический цилиндр 26 в грунте, который представляет собой функцию положения этих электродов эмиссии.

Другие электроды в данном случае представляют собой электроды, предназначенные для измерения разности электрических потенциалов между двумя различными точками скважины, причем эта разность потенциалов зависит одновременно от создаваемого электрического поля и от удельного электрического сопротивления среды, затрагиваемой этим созданным электрическим полем.

Понятно, что последовательно запитывая пары электродов эмиссии и последовательно осуществляя измерения разности электрических потенциалов на различных глубинах, можно составить "карту" удельного электрического сопротивления грунта в скважине 12 для различных глубин.

В рассматриваемом здесь примере реализации определяют три различных слоя грунта I, II, III, которым соответствуют значения удельного электрического сопротивления ρ01, ρ02 и ρ03. Эти измерения удельного электрического сопротивления, связанные на соответствующих глубинах с различными слоями грунта, фиксируются и сохраняются в запоминающем устройстве 30.

На следующем этапе осуществления способа по изобретению в грунте 10 реализуют с использованием упомянутой технологии "jet grouting" первую колонну 32, поверхность контакта которой с грунтом 10 обозначена позицией 34. Понятно, что для каждого значения глубины х строительный раствор, формирующий колонну 32, представляет связанный с параметром х диаметр, изменяющийся в зависимости от характера этого грунта.

На следующем этапе осуществления этого способа, схематически проиллюстрированном на фиг.1с, в колонне 32 выполняют осевое отверстие или шпур 36. Это отверстие может быть выполнено в тот период, когда строительный раствор еще не схватился, и в этом случае отверстие 36 представляет собой осевую зону, в которой этот строительный раствор имеет пониженную механическую прочность. Отверстие 36 также может быть реализовано после схватывания, по меньшей мере частичного, строительного раствора и в этом случае отверстие 36 действительно представляет собой осевую выемку.

На следующем этапе, схематически проиллюстрированном на фиг.1d, в упомянутое осевое отверстие 36 устанавливают измерительную систему 14, о которой уже было подробно сказано выше и которая содержит, главным образом, трубчатый элемент 16 и электроды 18, предназначенные соответственно для эмиссии электрического тока и для измерения разности электрических потенциалов. Последовательно запитывая электроды эмиссии и осуществляя последовательные замеры на измерительных электродах, получают значение удельного электрического сопротивления для различных глубин колонны, где эти замеры были выполнены.

Каждое измеренное значение удельного электрического сопротивления ρ'0 зависит по существу от диаметра колонны, то есть от количества раствора, затрагиваемого измерением разности потенциалов и удельным электрическим сопротивлением окружающего колонну грунта.

Понятно, что выполняя в вычислительном устройстве 24 соответствующую обработку этих различных замеров удельного электрического сопротивления ρx в функции глубины x при помощи эталонных значений удельного электрического сопротивления, а именно значений ρ01, ρ02, ρ03 в рассматриваемом здесь примере, можно получить полезные значения этого удельного электрического сопротивления, соответствующие одному только строительному раствору, образующему колонну 32, в функции глубины x этой колонны. Эти измерения удельного электрического сопротивления являются репрезентативными для диаметра тестируемой колонны на рассматриваемой глубине.

Упомянутая обработка измерений удельного электрического сопротивления, полученных в эталонной скважине, и измерений удельного электрического сопротивления, выполненных на различных глубинах в колонне, осуществляется с использованием специальных программно-математических средств трехмерной интерпретации измеренных значений этого удельного электрического сопротивления.

Эти программно-математические средства используют законы распространения электрического тока в грунте (эталон) и его распространения совместно в грунте и в колонне (выполненные измерения) в трехмерном пространстве, принимая во внимание параметры, относящиеся к грунту и к материалу, образующему данную колонну (характер слоев грунта, толщина этих слоев, удельное электрическое сопротивление слоев грунта и материала колонны и т.п.). В упомянутом выше патенте подробно объясняется принцип такой обработки применительно к грунту.

В соответствии с усовершенствованным способом реализации предлагаемого изобретения в процессе выполнения осевого отверстия 36 дополнительно осуществляют измерение возможного наклона этого отверстия по отношению к вертикали. Для этого используемый сверлильный или буровой инструмент, например, может быть оборудован инклинометром.

Действительно, в том случае, когда глубина L колонны является значительной, трудно обеспечить строгую вертикальность реализуемого осевого отверстия 36. Понятно, что корректируя измеренные значения удельного электрического сопротивления, о которых было сказано выше, с использованием коэффициента, связанного с возможным наклоном выполняемого отверстия, можно обеспечить более высокую точность оценки диаметра колонны 32 на различных глубинах x.

Используемая в рассматриваемом здесь способе измерительная система может принадлежать к одному из двух типов, схематически проиллюстрированных соответственно на фиг.2 и 3.

В случае, представленном на фиг.2, трубчатый элемент измерительной системы образован перфорированными трубами 40, изготовленными из пластического материала, которые соединяются между собой для получения трубчатого элемента требуемой длины. В этом трубчатом элементе можно разместить зонды 18 вместе с их электрическими проводами 22. Нижняя труба 40а снизу закрыта пробкой 42. Для облегчения установки такого трубчатого элемента в осевое отверстие и для недопущения проникновения посторонних частиц в этот трубчатый элемент через отверстия перфорации можно расположить вокруг труб 40 "чулок" из геотекстильного материала. Упомянутые зонды могут быть установлены в трубы 40 перед введением этой измерительной системы в осевое отверстие, выполненное в колонне. Эти зонды 18 также могут быть установлены в трубы 40 и после того, как эти трубы будут размещены в упомянутом осевом отверстии. Само собой разумеется, что некоторая электропроводная жидкость должна быть введена в перфорированный трубчатый элемент для того, чтобы обеспечить гальваническую связь между зондами 18 и материалом, образующим колонну 32.

В случае, представленном на фиг.3, трубчатый элемент измерительной системы образован электроизоляционными трубами 50, соединенными между собой при помощи электропроводных муфт 52, которые в данном случае представляют собой электроды. Система электрических проводов 54 соединяет различные электропроводные муфты 52 с электрическими устройствами, располагающимися на поверхности земли. Нижняя труба 50а содержит пробку 56.

Такое измерительное устройство более подробно описано в заявке на европейский патент ЕР 863412 на имя Заявителя.

Изобретение относится к способу контроля диаметра колонн, реализованных в грунте при помощи нагнетания строительного раствора под давлением. Сущность: формируют измерительную систему, образованную трубчатым элементом, длина которого по существу равна длине данной колонны. Трубчатый элемент оборудован множеством электродов эмиссии, предназначенных для создания электрического поля, и множеством измерительных электродов, предназначенных для измерения разности электрических потенциалов, связанных с источником электрической энергии и со средствами измерения электрического потенциала. Выполняют бурение эталонной скважины в грунте, размещают в ней измерительную систему, получают серию эталонных измерений. Просверливают в подлежащей тестированию колонне осевое отверстие, вводят измерительную систему в это осевое отверстие в колонне и осуществляют измерения электрического напряжения на различных глубинах. Обрабатывают полученные таким образом реальные замеры при помощи эталонных измерений и получают информацию о диаметре колонны на различных глубинах. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ контроля диаметра колонны, реализованной в грунте путем нагнетания строительного раствора под давлением, отличающийся тем, что он содержит следующие этапы:

- формируют измерительную систему, образованную трубчатым элементом, длина которого, по существу, равна длине данной колонны, причем упомянутый трубчатый элемент оборудован множеством электродов эмиссии для создания электрического поля и множеством измерительных электродов, предназначенных для измерения разности потенциалов, создаваемых электрическим полем, и связанных соответственно с источником электрической энергии и со средствами измерения электрического потенциала;

- выполняют эталонное бурение грунта в непосредственной близости от места, где реализуются колонны, и размещают в полученной таким образом скважине измерительную систему для того, чтобы снять замеры электрического напряжения, являющиеся репрезентативными по отношению к физическим характеристикам грунта на различных глубинах в этой эталонной скважине, в результате чего получают серию эталонных измерений для упомянутых глубин;

- в подлежащей тестированию колонне просверливают осевое отверстие, диаметр которого намного меньше диаметра самой этой колонны;

- вводят измерительную систему в отверстие, просверленное в колонне, и осуществляют измерения соответствующего электрического напряжения на различных глубинах, в результате чего получают реальные замеры электрических напряжений, являющихся репрезентативными для некоторой физической характеристики, связанной с колонной и с окружающим ее грунтом для различных глубин;

- обрабатывают реальные замеры при помощи эталонных измерений, в результате чего получают информацию, являющуюся репрезентативной для диаметра колонны на различных глубинах.