СПОСОБ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА Российский патент 2007 года по МПК E02D3/12 

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам закрепления грунтов оснований зданий и сооружений с помощью струйной технологии, а также слабоустойчивых откосов, и может быть использовано при формировании свайных фундаментов сооружений различного назначения.

В процессе возведения свай и других фундаментов сооружений различного назначения возникает необходимость закрепления грунта. Грунты в геологическом разрезе могут содержать разнородные по своим свойствам геологические элементы (слои грунта), в том числе и проблемные. Количество и чередование таких элементов могут быть самыми разнообразными.

Именно поэтому на участках, отведенных под строительство нового сооружения, проводят инженерно-геологические работы с определением количества, порядка залегания, толщины и свойств геологических элементов в геологическом разряде массива грунта. Результаты предварительно проведенных инженерно-геологических работ учитывают в той или иной степени при закреплении грунтов известными способами.

Известен способ укрепления грунта, включающий образование скважины с удалением грунта и подачу укрепляющего раствора перемещаемой снизу вверх поворачиваемой вокруг же скважины струей с образованием колонны укрепленного грунта (Патент RU №1733567, E02D 3/12, 1992).

При этом образование скважины ведут диаметром, определяемым заданной зависимостью, а подачу раствора осуществляют в объеме, также рассчитанном по определенной зависимости. Обе зависимости учитывают предварительно определенные характеристики грунтов.

Известный способ позволяет существенно сократить затраты материала и энергии. Однако известный способ включает трудоемкие этапы предварительного определения характеристик прочности залегаемых грунтов.

Известен способ возведения бетонной конструкции в сыпучем материале с уровня земли, включающий забуривание вращающихся эрозионной и цементирующей головок с буровыми коронками до проектной отметки с последующим расширением образующейся полости до заданной ширины и высоты путем эрозии и с одновременным или последующим цементированием расширенной полости путем подачи под давлением жидкого строительного раствора (Патент №2042012, E02D 3/12, 1995).

Известный способ позволяет проводить работы в различных типах грунтов и создавать укрепление на расширенной платформе, но при этом он также включает этапы предварительного определения характеристик прочности залегаемых грунтов.

Известен способ повышения прочности грунта, включающий погружение в грунт инъектора, подачу через инъектор текучего цементного материала под давлением, измерение и регистрацию давления раствора и образование зоны упрочненного грунта (SU №1114348, Е02D 3/12, 1978). При этом во время погружения инъектора определяют прочность грунта путем регистрации давления воды и его пересчета по известным зависимостям на показатель прочности грунта, а при величине прочности менее допустимой осуществляют подачу текучего цементного материала под давлением, превышающим допустимую прочность грунта.

Известный способ позволяет повысить эффективность упрочнения грунта, при этом снижает расход затвердевающих материалов и энергии.

Однако известный способ явления процессом циклическим - стадия нагнетания воды чередуется со стадией нагнетания упрочняющего материала, что значительно увеличивает общую продолжительность процесса.

Ближайшим аналогом предлагаемого изобретения является способ закрепления грунта, включающий определение характеристик геологических элементов в геологическом разряде закрепляемого массива грунта с последующим закреплением грунта при перемещении раздаточного элемента снизу вверх по высоте пилотной скважины в закрепляемом грунте струйной технологией (Патент RU №2209267, E02D 3/12, 2003).

При этом определение характеристик геологических элементов осуществляют путем геологических изысканий грунта под площадкой, планируемой под строительство.

Известный способ позволяет возводить свайные основания сооружений различного назначения из закрепленных грунтов с повышенной степенью закрепления и несущей способностью грунта при сокращении расхода бетона.

Однако при реализации известного способа сроки строительства достаточно велики за счет этапа геологических изысканий, а также за счет многократных заходок по закреплению грунта и соблюдения временных интервалов между заходками.

Новым техническим результатом от использования данного изобретения является возможность закрепления грунта путем создания грунтоцементной колонны сложной формы в зависимости от прочности грунта при сокращении сроков строительства за счет определения прочности грунтов при осуществлении заявленного способа.

Указанный результат достигается тем, что в способе закрепления грунта, включающем определение характеристик геологических элементов в геологическом разрезе закрепляемого массива грунта с последующим закреплением грунта при перемещении раздаточного элемента снизу вверх по высоте пилотной скважины в закрепляемом грунте струйной технологией, согласно изобретению, определение характеристик геологических элементов осуществляют при бурении пилотной скважины, а в качестве характеристик геологических элементов используют момент закручивания и усилие сжатия буровой колонны, регистрируемые при бурении пилотной скважины, а закрепление грунта производят в пилотной скважине со скоростью перемещения раздаточного элемента, рассчитанной по формуле

V_{разд.эл.}=Е·К, где

V_{разд.эл.} - скорость перемещения раздаточного элемента, м/с;

Е - коэффициент, который определяют экспериментально для каждого типа грунта, м/с;

а К определяют по формуле

где М - момент закручивания буровой колонны, Н·м;

Р - усилие сжатия буровой колонны, Н;

Д - диаметр пилотной скважины, м;

А и В - экспериментально определенные коэффициенты, безразм., причем при изменении типа грунта осуществляют корректировку скорости перемещения раздаточного элемента.

При этом скорость перемещения раздаточного элемента представляет собой сумму скорости вращения раздаточного элемента и скорости его линейного перемещения.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет создавать грунтоцементную колонну с определенными характеристиками непосредственно в массиве грунта под давлением через, по меньшей мере, один раздаточный элемент при его перемещении в массиве.

Способ осуществляют следующим образом: на строительной площадке используют комплекс, включающий буровой станок, приводную станцию и систему управления.

При этом система управления включает:

- тензодатчики, реагирующие на деформацию буровой колонны от закручивания и сжатия при контакте бурового инструмента с грунтом;

- приемное устройство регистрирующее, обрабатывающее и преобразующее в сигналы управления сигналы, поступающие от датчиков (компьютер);

- следящий гидропривод, осуществляющий изменение характеристик струйной цементации в зависимости от зарегистрированных характеристик.

Комплекс позволяет при перемещении раздаточного элемента сверху вниз по высоте пилотной скважины регистрировать такие характеристики геологических элементов как момент закручивания и усилие сжатия буровой колонны, а закрепление грунта осуществляют при перемещении раздаточного элемента снизу вверх по высоте пилотной скважины путем подачи водно-цементного раствора под давлением ˜50 МПа, при этом скорость перемещения раздаточного элемента рассчитывают по формуле:

V_{разд.эл.}=Е·К, где

с учетом определенного сопротивления грунта геологических элементов по формуле

где А=411,6;

В=-3,51.

Коэффициенты рассчитывают методом статистической обработки экспериментальных данных, полученных при осуществлении предлагаемого способа для различных грунтов.

Ниже приведены данные (таблица 1 и 2), полученные при осуществлении заявленного способа.

Таблица 1Тип породы грунтаV_бур., м/сN_6yp., ВтN_oc, ВтР, НМ, Н·МI0,00220007,2360064II0,002400010,85400124III0,002500013,26600159В таблице использованы следующие обозначения:V_бур. - скорость бурения, м/с;N_бур. - мощность привода бурового станка, Вт;N_ос - потребляемая мощность привода бурового станка, Вт;

Тип породы грунта: I - торф, лесс, слабый мел, песок и супесок без гальки и щебня; II - растительный слой, песок плотный, глина средней плотности, суглинок плотный, мергель, мел, плывун; III - слабо сцементированные песчаники, мергель, известняк-ракушечник, плотная глина, песчано-глинистые грунты с содержанием >20% мелкой гальки.

При этом бурение осуществляют при n=300 об/мин.

Таблица 2Тип породы грунтаI5,6II4,4III4,2

При этом Д=const и равняется 0,1 м, а значения Р и М соответственно расчетные и представлены в таблице 1.

На основе полученных расчетным путем значений рассчитывают К по формуле

а закрепление грунта производят со скоростью перемещения раздаточного элемента, рассчитанного по формуле

V=E·K, где V=м/с,

Е=10 - для I породы; Е=6 - для II породы; Е=4 - для III породы.

Таким образом, V_{(для I породы грунта)}=411,6×5,6^-3,51×10=9,734987 м/с;

V_{(для II породы грунта)}=411,6×4,4^-3,51×6=13,61782 м/с;

V_{(для III породы грунта)}=411,6×4,2^-3,51×4=10,68883 м/с.

Таким образом, в предлагаемом способе приемное устройство показывает изменение типа грунта и сразу осуществляется корректировка скорости перемещения раздаточного элемента, подающего водно-цементный раствор, что позволяет с уверенностью говорить о том, что грунтоцементная колонна в ослабленных грунтах имеет увеличенный объем, что позволяет сделать вывод о качественном закреплении грунта.

Колонны укрепленного грунта предусмотрены глубиной до 8 метров.

Вышеприведенные примеры (таблица 1 и 2) позволяют сделать вывод, что предложенный способ при реализации на строительной площадке с использованием комплекса, включающего буровой станок, приводную насосную станцию и систему управления, позволяет при перемещении раздаточного элемента сверху вниз по высоте пилотной скважины регистрировать такие характеристики геологических элементов, как момент закручивания и усилие сжатия буровой колонны, а закрепление грунта осуществлять при перемещении раздаточного элемента снизу вверх по высоте пилотной скважины путем подачи водно-цементного раствора под давлением ˜50 МПа с корректировкой скорости перемещения раздаточного элемента в зависимости какой тип грунта проходит раздаточный элемент.

Изменение же характеристик струйной цементации в зависимости от зарегистрированных характеристик осуществляют с помощью следящего гидропривода (приводной насосной станции).

Таким образом, при использовании данного изобретения осуществляют закрепление грунта путем создания грунтоцементной колонны сложной формы в зависимости от прочности грунта в более компактные сроки строительства за счет определения прочности грунта при реализации заявленного способа.

Настоящее изобретение относится к области строительства и может быть использовано для закрепления грунтов оснований зданий, сооружений, а также слабоустойчивых откосов с помощью струйной технологии. Способ закрепления грунта включает определение характеристик геологических элементов в геологическом разрезе закрепляемого массива грунта с последующим закреплением грунта при перемещении раздаточного элемента снизу вверх по высоте пилотной скважины в закрепляемом грунте струйной технологией. Определение характеристик геологических элементов осуществляют при бурении пилотной скважины, причем в качестве характеристик геологических элементов используют момент закручивания и усилие сжатия буровой колонны, регистрируемые при бурении пилотной скважины. Закрепление грунта производят в пилотной скважине со скоростью перемещения раздаточного элемента, определяемой по математическому выражению, причем при изменении типа грунта осуществляют корректировку скорости перемещения раздаточного элемента. Изобретение позволяет производить закрепление грунта путем создания грунтоцементной колонны сложной формы в зависимости от прочности грунта при сокращении сроков строительства. 2 табл.

Способ закрепления грунта, включающий определение характеристик геологических элементов в геологическом разрезе закрепляемого массива грунта с последующим закреплением грунта при перемещении раздаточного элемента снизу вверх по высоте пилотной скважины в закрепляемом грунте струйной технологией, отличающийся тем, что определение характеристик геологических элементов осуществляют при бурении пилотной скважины, а в качестве характеристик геологических элементов используют момент закручивания и усилие сжатия буровой колонны, регистрируемые при бурении пилотной скважины, а закрепление грунта производят в пилотной скважине со скоростью перемещения раздаточного элемента, рассчитанной по формуле

V_{разд.эл.}=E·K,

где V_{разд.эл.} - скорость перемещения раздаточного элемента, м/с;

Е - коэффициент, который определяют экспериментально для каждого типа грунта, м/с;

К определяют по формуле:

где М - момент закручивания буровой колонны, Н·м;

Р - усилие сжатия буровой колонны, Н;

Д - диаметр пилотной скважины, м;

А и В - экспериментально определенные коэффициенты, безразмерные,

причем при изменении типа грунта осуществляют корректировку скорости перемещения раздаточного элемента.