Способ термического укрепления грунта Советский патент 1983 года по МПК E02D3/11 

Изобретение относится к строител ству, в частности к укреплению гру тов с недостаточной несущей способ костью путем теютической их обрабо ки. По основному авт.св. № 850802 известен способ термического укреп ления грунта, включающий бурение с жины, ее герметизацию, сжигание в ней горючей смеси, периодическое н гнетание горячих газов в грунт с и пульсным повышением их давления с помощью поршневого приспособления, при этом величину импульсного давл Ьия определяют из соотношения Вл Ь( ) где f - объемная масса поршня при способления ; ti - высота подъема поршня; р - плотность горячих газовi с - ускорение свободного паде ния, а продолжительность периода нагнет ния горячих газов - из соотношения где V - скорость подъема поршня приспособленияfl}. Недостатками данного способа явл )отся малоэффективное импульсное пов шение давления и его применимость лишь- на грунтах с влажностью, не превышающей оптимальную, что исключает возможность повышения производительности и экономичного использования на грунтах с повьпаенной вла ностью. Цель изобретения - повышение производительности на грунтах с повышенной влая остью. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термического укрепления грунта, включающему бурение скважины, ее герметизацию, сжигание в ней горючей смеси, перио дическое нагнетанке горячих ,газов в грунт с импульсным повышением их давления с помощью поршневого приспособления, при этом величину импульсного давления определяют из соотношения А(Т) И| где У - объемная масса поршня приспособления) Ь - высота подъема порпня; j - плотность горячих газов; 5 ускорение свободного паде а продолжительность периода нагнета ния горячих газов - из соотношения ..-f .Ж, ,., где V - скорость подъема поршня приспособления, после герметизации скважины осуществляют снижение вокруг нее влажности путем создания в скважине вакуума, который поддерживают во время периодического нагнетания горячих газов с импульсным повышением их давления, причем про- должительность периода нагнетания горячих газов определяют из зависимости11() , (3) где TO - время выдерживания поршня после его опускания до падения давления над ним, равного начальному;высота подъема поршня; ускорение свободного падения ; скорость подъема поршня приспособления. На чертеже представлена схема осуществления способа. Вначале бурят сквс1жину 1 и монтируют в ней поршень 2, герметизируют скважину 1 сальниками 3, подключают поршень 2 через гибкое соединение 4 к вакуум-насосу 5. Затем включают вакуум-насос 5 и через полость б штока 7 поршня 2 вакуумируют. скважину 1, а поступающую при этом влагу из грунта стенки 8 откачивают. После этого наклонно к скважине 1 с5дин или несколь1 О шпуров 9, ввинчивают в газопровод 10 с обратным клапаном 11 и регулирующим, вентилем 12, присоединяя газопровод 10 к калориферу 13. Одновременно к калориферу 13 подключается и вакуум-насос 5. Затем включают вакуум-насос 5 и за счет вакуума нагнетают в скважину 1 из калорифера 13 пр газопроводу 10 нагретые до 500-бОО°С газы и включают механизм 2 подачи ПОЕНИНЯ, который выдерживается в крайнем нижг нем положении, пока давление под ним ре снизится до начального, что Фиксируется открялтием обратного клапана 11. После этого поршень 2 подниМа|ется вверх, включается вакуум-насос 5 и в скважину 1 вновь всасываются нагретые газы. Процесс повторяется циклично, согласно соотношению(3L пока температура, равная 300-400°С, не остигнет внешней границы 14 укрепляемого массива грунта 15, что проверяется показаниями термопар 16, соеиненных с приборами 17. в тех случаях, когда предусматривается заполнение ствола скважинщ 1, материалы заполнителя подаются череэ.1 рлость .6 штока 7 поршня .2 вез остановки процесса глубинного обжига грунта 15, по мере окончания его о работки.

Необходимость такой технологии, заключается в том, что после образования скважины грунт в ее стенках разуплотняется, его пористость увеличивается, а влажность возрастает за счет притока води из массива грунта. По этой причине у поверхности стенки скважины образуется своеобразная водная пробка, являющаяся одним из основных препятствий для входа нагретых газов, в грунтовый массив, Дополнительное давление, создаваемое поршнем в известном способе, используется неполностью, так как скорость проникания нагретьк газов в грунт вокpytf скважины находится в пределах .05 м/с. а поршень действует более кратковременно, поэтому сжатые газы не успевают войти в поры грунта, стенки скважины, в связи с этим целё- . сообразно задерживать поршень в край нем нижнем положении до тех пор. пока.давление под ним не упгшет до начального.

Пример. На- строительной площадке производится укрепление пртоадочного лессового грунта типа суглинка на глубину 10 м отдельными . опорами диаметром 3 м. Согласно данным пробного обжига грунта скорость фильтрации нагретых газов при начальном давлении от калорифера УСВ - 300 ъ жаростойком исполнении 0,02 м/с. Природная влажность грунта 0,12, пост Д6 проходкискважин она увеличиваетол.в стенках до 0.36.

1 бурят с помощью буровой установки ЛБУ-50 на глубину 10 м диаметром 0,2 м. Затем в ней монтируют лоршень 2 с сальниками 3. подключают к механизму подачи вдавливакяцего агрегата на ,базе тракта Д-494 Поршень 2 своей полостью 6 штока 7 гибкое соединение 4 подключается к вакуум-насосу РКМ-4 и от него к уни версальному -воздухонагревателю УСВ-ЗЦ в котором осуществляется нагревание гайов JJO 600°С.Скважину 1 вакуумир пот в течение 4 ч. В результате этого влажность грунта снижается в стенках 8 до 0,05 k равномерно изменяется до своего начального значения 0.12 иа расстряНИИ 0.4м стенки 8. В течение этого времени из скважины 1 откачивают

0,65 м/воды. Затем наклонно к скважине 1 бурят 2 шпура дис1метром 0,05 м с примыканием их к скважине 1 на глубине б м. На эту же глубину б м регулируют рабочий ход поршня 2. В шпуры 9 ввинчивают трубопроводы 10, подачи нагретых газов, соединенные с калорифером 13 через .обратный клапан 11 и регулирующий вентиль 12. После проверки всей системы на герметичность по внемнему контуру 14,обжигаемого массива грунта 15 мон тируют термопары типа ХШ-ХА, соединенные с электропотенциометрами ЭПП-9М2.

После этого включаютвакуум-насос 5 и нагретые газы всасываются в скважину 1 при верхнем положении поршня, затем он опускается на глубину 11 6 м и задерживается там в течение Т 1 с.

Скорость опусканил пориня 2 V 12 м/с, а скорость подъема б м/с. Продолжительность цикла Т 2,5 с.

Температура З50с достигает внешней границы 14 обжигаемого массива грунта 15 через 32 ч.

Пример2. В тех же условиях что в примере 1 осуществляют .термическое укрепление грунта с вакуумировЖ нием скважины 1 при одновременном на гревании нагретых газов в нее с температурой около . На вакуумпровайие затрачено 12ч. Влажность грунта в радиусе 0,4 м почти полностью устраняется, а еще яа 0,5 м - снижается. В ходе вакуумирования откачивают 6,2 воды. Продолжительность обжига грунта в дигметре 2 м до после вакуут мирования влаги сокращается с 32 до 1 ч. Одновременно в аналогичных условиях производят укрепление грунта известным способом.

Сравнительный ангшиз полученных результатов, приведен в таблице.

Таким образом, предлагаемый способ термического укрепления грунта обеспечивает сокращение продолжительносаси термической обрабр тк:. г|)уКТ..а, 1ШИяикввда ции в нём прасадбчных свойств

и тем самым повышает производитель,ность на 52-74% с одновременным уменьшением трудоемкости на 54-67% и сокращении расхода тепловой энергии на 16-23%.

Объем укрепленного грунта по контуру

Продолжительность обжига

в том числе:

аакуумкрованиё влаги нагревание грунта

Трудоемкость работ на 1 обожженного грунта, чел

Расход тепловой энергии

на 1 м обожженного грун

мДж

Производительность

способа:

по глубине обжигдемого массива грунта, м/ч

.1. по объему обожженного массива грунта, м/ч

3100

3270

0,28

0.32

1,94

2,25

fJ

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА по авт.св. № 850802, о. .т л и ч а ю щ и. и с я тем, что, с целью поБьшенйя производительности на грунтах с повыиенной влажностью, после геркютизации сквахины осуществляют снижение вокруг нее влажности грунта путгал создания в скважине ва-г куума, vxytbyaSi поддеркивают во время периодического нагнетания. гор}1чих ,газов с .импульсньвк ловьвпением их давления, причем продолжительность пе-. риода нагнетания горячих газов опре еляют из зависимости Т .T п «tv е I где Тд врш4я выдерживания поршня после его опускания до падения давления под ним/ равного начгшьнсму, « ЯЕ высота подъе «| поршня/ ускорение свободиого падения) V. скорость подъема поршня приспспзобленяя.