СПОСОБ УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА Российский патент 2024 года по МПК E02D3/12 

Изобретение относится к области строительства (промышленное и гражданское, дорожное и аэродромное, специальное сейсмостойкое строительство).

Может быть применена при инженерной подготовке строительных площадок для нового строительства, реконструкции и ремонте, а также для усиления существующих фундаментов зданий и сооружений, плотин; при дорожном и аэродромном строительстве для глубокой массивной стабилизации и укрепления грунтов, для укрепления оснований существующих зданий и сооружений при решении проблем несущей способности фундамента; при сейсмостойком строительстве может быть применено при понижении сейсмичности площадки по грунтовым условиям.

Глубокое укрепление грунтов оснований зданий и сооружений в однородный массив с управляемыми характеристиками.

Уровень техники.

Из уровня техники известен Jet grouting, WJE (способ струйной цементации https://jet-grouting.ru/technologies/jet-grouting-struynaya-cementacia-gruntov/). Способ заключается в смешивании грунта и цементного раствора. Смешивание производят струей жидкости высокого давления, которая размывает грунт, превращая в тяжелое квазитекучее состояние, и смешивает его с цементным раствором. После затвердевания цемента образуется твердый материал - грунтобетон. Струйная технология из-за высокого давления подачи жидкого компонента не эффективна при закреплении массивов небольшой толщины, возможно только влажное укрепление. Небольшая скорость производства работ (до 25 м³/ч). Трудоемкость для массивной стабилизации. Только влажное перемешивание. Не работает для перемешивания, массивной стабилизации и укрепления пластичных, переувлажненных, засоленных и органоминеральных грунтов отходов.

Из уровня техники известна технологи Cutter Soil Mixing (https://www.malcolmdrilling.com/services/cutter-soil-mixing-csm/). Способ заключается в смешивании грунта и цементного раствора. Специальная буровая установка производит смешивание грунтов рыхлого сложения путем вращения двух вертикально установленных режущих дисков, вращающихся в противоположных направлениях. Диски разрезают окружающий грунт, одновременно смешивая нагнетаемый цементный раствор с грунтом на месте, причем смешивание дополняется пропиткой цементным раствором. В результате смешивания образуется стена из модифицированного грунта с повышенными механическими свойствами. Не эффективна при закреплении массивов небольшой толщины, только влажное укрепление. Небольшая скорость производства работ (до 30 м³/ч). Неэффективность для массивной стабилизации.

Из уровня техники известна система стабилизации грунта ALLU (DSM) (https://www.sautek.ru/soil_stabilization/). Универсальное навесное гидравлическое дополнительное оборудование для экскаваторов, с помощью которого поступающие в почву (или другую стабилизируемую массу)

Смешивание основано на горизонтальном расположении барабанов и конструкции смешивающих элементов. Барабаны перемещают и смешивают материал в трех направлениях одновременно. Небольшая глубина (до 5 м). Система не эффективна при закреплении массивов большой толщины (глубины), возможно только сухое укрепление. Небольшая скорость производства работ (до 90 м³/ч). Система не эффективна для глубокой массивной стабилизации. Не эффективна для геотехнических мероприятий.

Из уровня техники известна технология Columns/Mass (WRS, WRE). Специальная буровая установка производит смешивание грунтов рыхлого сложения путем вращения шнекового наконечника, причем смешивание дополняется пропиткой цементным раствором. В результате смешивания образуется столб из модифицированного грунта. Установки, оборудованные сблокированными (тройными) шнеками, позволяют выполнять столбы прямоугольного сечения, т.е. барреты. После затвердевания цемента образуется твердый материал - грунтобетон. Небольшая скорость производства работ (до 75 м3/ч). Неэффективность для глубокой массивной стабилизации. Возможно только влажное перемешивание.

Из уровня техники известно устройство для стабилизации грунтов вяжущими материалами (RU 2467125 опуб. 20.11.2012), которое включает транспортное средство, поворотную платформу с буровым оборудованием и системой управления подачей буросмесителя, цементно-смесительный блок с приемным бункером с системой пневмозагрузки, дозатором цемента, предохранительной сеткой, с мешалкой, а также с резервуаром для воды, включающим дозирующее устройство, выполненным из двух камер, каждая из которых соединена через дозирующее устройство с мешалкой, блок подачи вяжущего материала с расходной емкостью, с напорным трубопроводом стрех ходовым краном и системой управления подачей вяжущего материала. Контрольно-регулирующая аппаратура снабжена прямой и обратной связью между датчиками влажности и давления, установленными в нижней части лопастей буросмесителя, и рабочими механизмами устройства. Установка снабжена скоростным смесителем и весовым тензометрическим дозатором, а также инклинометрами, установленными на раме транспортного средства и мачте.

Недостатком данного решения является неэффективность для глубокой массивной стабилизации, а также такое устройство предполагает только влажное перемешивание.

Из уровня техники известны способ и устройство подачи связующих веществ для укрепления грунта (RU 2715783 опуб. 03.03.2020). Способ подачи связующего вещества для укрепления грунта характеризуется тем, что приводят в действие устройство подачи связующих веществ, измельчают грунт, подают связующие вещества и перемешивают их с грунтом, извлекают устройство подачи связующих веществ из грунта. Перед внесением связующих веществ рассчитывают их параметры и количество, в процессе измельчения грунта часть грунта извлекают из-под устройства подачи связующих веществ, для укрепления грунта подают сухие сыпучие вещества и вязкие суспензии с добавлением бурового шлама из разных емкостей по трубопроводам, соединенных с устройством подачи связующих веществ одной магистралью. Также известно устройство подачи связующих веществ для укрепления грунта, содержащее перемешивающее устройство с лопатками для рыхления и перемешивания грунта, подающее устройство и емкость для связующего вещества, отличающееся тем, что перемешивающее устройство содержит конические барабаны, смонтированные на подъемно-поворотном устройстве, на поверхности барабанов выполнены винтовые гребни шнеков, вдоль гребней которых смонтированы лопатки для рыхления и перемешивания грунта, между коническими барабанами смонтирован трубопровод подачи связующих веществ, соединенный с подающим устройством, выполненным в виде блока шнекового насоса, внутри которого выполнены магистрали для шламов и сыпучих продуктов, соединенные на входе и выходе блока шнекового насоса в общую магистраль и отделенные друг от друга и от общей магистрали запорной арматурой, внутри магистрали для шламов смонтирован шнек, блок шнекового насоса соединен трубопроводами с параллельно расположенными блоками дозирования сыпучих веществ и буровых шламов, отделенных друг от друга запорной арматурой, блок дозирования сыпучих веществ соединен с силосом для хранения сыпучих веществ, блок дозирования буровых шламов соединен с емкостью с буровыми шламами.

Недостатком данного решения является неэффективность для глубокой массивной стабилизации, а также такое устройство предполагает только сухое перемешивание.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в осуществлении возможности укрепления грунта без выемки укрепляемого материала, а также возможности использования как влажной, так и сухой технологии смешивания.

Технический результат заявляемого технического решения заключается в расширении функциональных возможностей и повышения эффективности в укреплении грунта.

Это достигается тем, что заявлен способ укрепления грунта с помощью вибро-фрезерной машины, оснащенной силовым приводом, рабочим органом в виде пилы с бесконечными цепями с зубьями и установленными на нем дебалансерами вибраторами, с возможностью изменению угла наклона, при этом пила оборудована инъекционной трубкой и соплами, осуществляющей глубокое смешивание грунта, включающий в себя этапы, на которых устанавливают пилу в необходимое положение, пилу погружают на заданную глубину обработки с одновременным разделение грунта путем вращения пилы в вертикальной плоскости, одновременно с вращением пиле с помощью дебалансеров передают вибрационные колебания, после достижения заданной глубины, через инъекционные трубки заливают полимерно-минеральные композитные смеси до достижения однородной массы в траншеях при одновременной работе пилы, извлекают пилу вибро-фрезерной машины по достижению необходимой степени укрепления грунта.

В частности, скорость подачи раствора равняется 300 м³/ч.

В частности, скорость подачи раствора равняется 800 м³/ч.

В частном варианте изобретения заливают полимерно-минеральные композитные смеси до достижения однородной массы перед этапом погружения пилы на заданную глубину.

В частном варианте изобретения заливают полимерно-минеральные композитные смеси до достижения однородной массы на этапе погружения с возможностью частично или полностью замещать состав массива на бетонный раствор.

В частности, осуществляют введение цементного теста или раствора осуществляют введение цементного теста или раствора до достижения однородной массы при погружении вибро-фрезерной машины на заданную глубину обработки, с возможностью частично или полностью замещать состав массива на бетонный раствор.

В частности вибраторы могут быть электрогидравлические, электромеханические, электромагнитные, пневматические, гидравлические, моторные.

В частности через инъекционные трубки заливают полимерно-минеральные композитные смеси до достижения однородной массы в траншеях при помощи сжатого воздуха.

В частности через инъекционные трубки заливают полимерно-минеральные композитные смеси до достижения однородной массы в траншеях при помощи воды.

Изобретение поясняется чертежами:

Фиг. 1 – Общий вид вибро-фрезерной машины;

Фиг. 2 –Общий вид процесса укрепления грунта;

Фиг. 3 – Схематическое изображение процесса укрепления грунта с помощью вибро-фрезерной машины;

Фиг. 4 –Отображение процесса работы рабочего органа вибро-фрезерной пилы;

Фиг. 5 – Общий вид рабочего органа в виде пилы с бесконечными цепями;

Фиг. 6 – Блок-схема осуществления способа.

На фигурах цифрами обозначены следующие конструктивные элементы:

1 – этап установки пилы в необходимое рабочее положение перпендикулярно грунту, 2 – этап погружения пилы, 3 – этап передача вибрационных колебаний с помощью дебалансеров, 4 – этап извлечения пилы вибро-фрезерной машины по достижению необходимой степени укрепления грунта.

Осуществление изобретения

В данном изобретении используется принцип перемешивания силовым приводом и рабочим органом в виде пилы с бесконечными цепями с зубьями. Бесконечная цепь снабжена расширителями до 1 м для увеличения скорости и объема обработки глубоких массивов. Лезвия пилы проворачиваются посредством системы двух цепей, сама пила управляется из кабины водителя. Благодаря расположению лезвий, грунт не изымается, а смешивается с раствором на месте. Данное изобретение позволяет сократить подготовительных и строительных работ при использовании минимального количества связующего, а именно полимерно-минеральных композитных смесей. Позволяет устраивать прочные и водоблокирующие грунтоцементные стены за один проход путем смешивания естественного грунта с нагнетаемой цементной суспензией и/или сухими компонентами. Выполнение глубинного смешивания может быть осуществлено как влажным, так и сухим способом.

Глубинное смешивание выполняется механическим разделением грунта перемещением рабочего инструмента, с введением полимерно-минеральных композитных смесей о, которое гомогенизируется с грунтом при погружении и/или извлечении. При сухом методе смешивания введение полимерно-минеральных композитных смесей обычно производится при помощи сжатого воздуха благодаря воздушному компрессору и установке осушения воздуха. При методе влажного смешивания введение связующего, а именно полимерно-минеральных композитных смесей, обычно производится при помощи воды благодаря нагнетательному насосу.

Смешивание может выполняться с одновременной глубокой вибрацией массива посредством оборудования специального назначения, применяемого для уплотнения смеси, посредством колебательного (вибрирующего) воздействия вибрационных давящих плит и/или глубинными погружными вибраторами комбинированно, смонтированными на рабочем инструменте, обеспечивающих уплотнение боковых стенок и укрепляемого массива, что позволит исключить воздушные пузырьки и полости, куда раствор не попал, которые приводят к снижению прочности смеси, ухудшению ее качества и уменьшению времени ее эксплуатации. Дебалансеры располагаются на корпусе рабочего инструмента и при его работе создают колебательные движения, передающиеся на вибратор. Крепление вибратора на корпусе рабочего инструмента по всей его длине играет роль мостика, передающего колебания от двигателя к вибратору. Движитель в вибраторе служит источником энергии, приводящей в движение вал с дебалансерами. В зависимости от способа получения энергии, движитель может иметь электромеханический, пневматический, электромагнитный, гидравлический или моторный привод.

Основной принцип действия вибраторов для бетона заключается в воздействии на строительный раствор колебаний, вибрирующего характера, приводящего к уплотнению составных частиц бетонного раствора, созданного в, частности, с помощью бетономешалки.

Находясь на рабочем инструменте в укрепляемый массив работа дополняется вибрацией, передающей энергию вибрационных колебаний близлежащим слоям смеси. В результате происходит уменьшение вязкости состава, и смесь приобретает свойства тяжелой текучей жидкости. При этом, как все жидкие вещества, он стремится заполнить все имеющиеся полости и отверстия, вытесняя при этом воздух. Одновременно, под воздействием силы гравитации, вибрирующие частицы смеси стремятся занять наиболее устойчивое положение относительно друг друга. Результатом является однородная, плотная структура камня, без воздушных полостей и, как следствие – более прочные и качественные показатели глубокого массива.

Вибраторы могут быть электрогидравлические, электромеханические, электромагнитные, пневматические, гидравлические, моторные.

Внесение добавок может выполняться в поверхности на рабочий орган, на стадии погружения, после погружения, с возможностью частично или полностью замещать состав массива на бетонный раствор.

Процедура выполнения сухого смешивания должна следовать проектным спецификациям.

Приведенные возможности конструкции достигают технического результата в расширении функциональных возможностей и повышения эффективности в укреплении грунта.

Изобретение относится к области строительства (промышленное и гражданское, дорожное и аэродромное, специальное сейсмостойкое строительство). Способ укрепления грунта с помощью вибро-фрезерной машины, оснащенной силовым приводом, рабочим органом в виде пилы с бесконечными цепями с зубьями и установленными на нем дебалансерами с вибраторами, с возможностью изменению угла наклона, при этом пила оборудована инъекционной трубкой и соплами, осуществляющей глубокое смешивание грунта включает в себя этапы, на которых устанавливают пилу в необходимое положение, пилу погружают на заданную глубину обработки с одновременным разделение грунта путем вращения пилы в вертикальной плоскости, одновременно с вращением пиле с помощью дебалансеров передают вибрационные колебания, после достижения заданной глубины, через инъекционные трубки заливают полимерно-минеральные композитные смеси до достижения однородной массы в траншеях при одновременной работе пилы, извлекают пилу вибро-фрезерной машины по достижению необходимой степени укрепления грунта. Технический результат состоит в расширении функциональных возможностей, повышении эффективности в укреплении грунта. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ укрепления грунта с помощью вибро-фрезерной машины, оснащенной силовым приводом, рабочим органом в виде пилы с бесконечными цепями с зубьями и установленными на нем дебалансерами с вибраторами с возможностью изменению угла наклона, при этом пила оборудована инъекционной трубкой и соплами, осуществляющей глубокое смешивание грунта, включающий в себя этапы, на которых:

- устанавливают пилу в необходимое положение;

- пилу погружают на заданную глубину обработки с одновременным разделение грунта путем вращения пилы в вертикальной плоскости;

- одновременно с вращением пиле с помощью дебалансеров передают вибрационные колебания;

- после достижения заданной глубины, через инъекционные трубки заливают полимерно-минеральные композитные смеси до достижения однородной массы в траншеях при одновременной работе пилы;

- извлекают пилу вибро-фрезерной машины по достижению необходимой степени укрепления грунта.

2. Способ укрепления грунта по п.1, отличающийся тем, что скорость подачи раствора равняется 300 м³/ч.

3. Способ укрепления грунта по п.1, отличающийся тем, что скорость подачи раствора равняется 800 м³/ч.

4. Способ укрепления грунта по п.1, отличающийся тем, что вносятся полимерно-минеральные композитные смеси до достижения однородной массы перед этапом погружения пилы на заданную глубину.

5. Способ укрепления грунта по п.1, отличающийся тем, что вносятся полимерно-минеральные композитные смеси до достижения однородной массы на этапе погружения с возможностью частично или полностью замещать состав массива на бетонный раствор.

6. Способ укрепления грунта по п.1, отличающийся тем, что осуществляют введение цементного теста или раствора до достижения однородной массы при погружении вибро-фрезерной машины на заданную глубину обработки с возможностью частично или полностью замещать состав массива на бетонный раствор.

7. Способ укрепления грунта по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что вибраторы выполнены электрогидравлическими, электромеханическими или электромагнитными, или пневматическими, или гидравлическими, или моторными.

8. Способ укрепления грунта по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что через инъекционные трубки заливают полимерно-минеральные композитные смеси до достижения однородной массы в траншеях при помощи сжатого воздуха.

9. Способ укрепления грунта по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что через инъекционные трубки заливают полимерно-минеральные композитные смеси до достижения однородной массы в траншеях при помощи воды.