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

Изобретение относится к строител ству оснований и фундаментов зданий и сооружений на слабых грунтах, в частности к их укреплению путем термического воздействия. Изйестен способ термического укрепления грунта, включающий бурение скважины, герметизацию ее затвором, сжигание в скважине горючих смесей нагнетание горячих газов в грунт Наиболее близким к изобретению . является способ термического укрепления грунта, включающий образование основной и вспомогательных сква жин, их герметизацию, сжигание в ос новной скважине горючих смесей, нагнетание горячих газов, в грунт, высушивание и нагрев грунта 2 . Недостатке указанных способов является их ограниченная область применения вследствие относительно малой прочности образующегося путем обжига материала, которая непревышает 0,5-2 мПа, чтонедостаточно для использования обожженных способами грунтовых массивов в качестве фундаментных и других конструкций в грунте. Кроме того, указан ные способы длительны по времени и энергоемкости. Цель изобретения - снижение продолжительности процесса и энергозат рат. Поставленная цель достигается те то согласно способу термического укрепления макропористого грунта, вкдточакяцему- образование основной и вспомогательных скважин, их гермети зацию, сжигание в основной скважине горючих смесей нагнетание горячих газов в грунт, высушивание и нагрев грунта, перед образованием скважин .производят снижение между июли газопроницаемости поверхности грунта, после высушивания грунта осуществляют нагнетание в него чере скважины порошкообразных тидрата окиси кальция и активного краи Незема, после нагрева грунта производят вакуумирование вспомогательных сква жин в течение времени, равного времени снижения температура стенки основной скважины до температуры, соответстйующей началу реакции обра зованиягидросилнката кальция, а на гнетание горячих газов ведут при давлении 0,8-1,0 мПа в интервале те ператур, соответствующих температурам образования:гидроснликата кальция и начала его дегидратации, причем вспомогательные скважины овразу ют от основной на расстоянии, определяемом из зависимости Aptp ЧГНм где tg - продолжительность нагревания грунта, ч, L-U - продолжительность вакуумирования грунта, ч/ / Н|д - высота укрепляемого массива грунта, Mj , скорость укрепления грунта при нагревании, ., Ag- скорость укрепления грунта при .вакуумировании, . На чертеже изображена скважина в у репляемом макропористом, грунте, разрез, и схема размещения, оборудования и контрольной аппаратуры. Технология способа обстоит в следующем.. Основную 1 и вспомогательные 2 скважины образуют после экранирования дневной поверхности между ними, например,-путем уплотнения грунта тяжелыми трамбовками, на расстоянии друг от друга, определяемом из соотношения (1),. и ге1 4етизируют их затворами 3с горелками 4 и отводами 5. Затем через горелки 4 в ОСНОВНУЮ скважину 1 подают горючие смеси и -сжигают их при избыточном давлении, а горючие газы б нагнетают в укрепляемый массив грунта 7 до его высушивания. Завершение процесса высушивания определяют моментом прекращения выхода паров .воды через отводы 5 на вспомогательных скважинах 2 . при открытых вентилях 8., После этого в основную 1 и вспомогательные скважины 2 нагревают тонкомолотые гидраты окиси кальция Са(ОН)2 и активный кремнезем S Юз/ Например измельченный кварцевый песок, пока они не заполнят поры грунта на участке 9 укрепляемого макропо-: ристого грунта 7. Это контролируется расходом компонентов, отбором проб грунта и визуальным осмотром стволов скважин 1,и 2 через смотровые глазки 10 на отводах 5. Затем в основной скважине 1 продолжают сжИгание сме:сей при давлении выйе 0,.8 мПа и нагревают макропористый грунт 7 в ии.тервале температур начала реакции (Образования гидросиликата кальция СаО S 1 Oj , которая протекает при 1бО-170 С, до начала его дегидратации, составлякяцей 500-520с. В таком интервале температур нагревают грунт стенок 11 соответственно вспомогательных 2 и, основной 1 скважин что проверяют показаниями термопар 12, соединенных с самопишущими приборами 13. После этого сжигание топливных смесей прекращают и включают вакуум-йасос 14, а основную скважину 1 герметизируют, перекрыв вентили 8 на горелке 4 и отводе 5. Процесс вакуумнрования укрепляемого массива макропористого грунта 7 продолжают , пока температура стенки основной скважины 1 не снизится до температуры начала реакции образов ния гидрфсиликата кальция (170-18(гС Перед началом работ по геЕ 1етизации вспомогательных скважин 2 зат ворами 3 наружные стенки 15 этих скважин можно экранировать,- наприме уплотнением грунта, что снижает теп ловые потери и расход Са{ОН)2 HSfOj за пределы укрепляемого массива грунта 7. Предлагаемый способ основывается на том, что при температурах около П5°С к давлении 0,8 мПа смеси Са(ОН)2 и активного SI0 реагируют с образованием гидросиликата кальция по реакции . Са(ОН)2 + SIOj - СаО5|02НгО (2 Необходимые для протекания этой реакции условия возникают за счет снижения газопроницаемости дневной поверхности между скважиннми 1 и 2, что позволяет создать в укрепляемся массиве избыточное давление выше 0,8 мПа. При этом в грунте после его высушивания при 100-110 С остается достаточное количество влаги для протекания реакции по схеме (2 а .необходимая для реакции температура 170-180°С достигается при размещении скважин 1 и 2 на расстоянии, определяемом из соотношения (1). Предлагаемый способ по сравнению с известным обеспечивает повышение прочности укрепляемых обжигом грунтов, снижение расхода тепла за счет уменьшения температуры обработки, уменьшение объема укрепля емого массива благодаря увеличению его несущей способности, что существенно расширяет технологические возможности способа и дает возможность исполь зования его для изготовления термогрунтовых массивЪв и конструкций в грунте, работающих на сдвигающие и сжимающие нагрузки. При этом для протекания химической реакции .(2) с образован11ем гнд- роснликата кальция в основной скважине 1 необходимо создавать при нагнетании горячих газов избыточное. давление 0,8-1,0 мПа. Выход за пределы этого диапазона давления не обеспечивает нормадьного протекания реакции (2) в наиболее короткий срОк П р ер. На площадке производят термическое укрепление макро пористого лессового сугли.нка пориотостью 50%, мощностью 15 м, опирающегося на слабый непросадочный суглинок. Влажность макропористого грунта 0,1. Установлено, что скорость обжига для температуры 400°С составляет 1 скорость вакуумирования 2 , .Сопротивление сдвигу грунта, обожженного при , равно 10 тс/мЧРасчетная нагрузка 400 тс. Основные и вспомогательные скважины 1 и 2 пробуривают диаметром 0,15 м. Перед бурением поверхность грунта между скважинами 1 и 2 уплотняют тяжелыми трамбовками на глубину 1 м. После герметизации скважин затворами и монтажа отводов в основную скважину 1 нагнетают смеси жидкого топлива с теплотой сгорания 40 мДж/кг и сжатого, воздуха, подаваемого от компрессора, создающего дав-, яение 0,8 и 1,0 мПа, производительностью 6 . Вакуумирование вспомогательных скважин осуществляют вакуум-насосом с производительностью 5 и давлением до 0,18 мПа. Дпя измерения температуры грунта применяют термопары 12 типа ХА-ХШ в массиве и типа РРЗО в скважинах 1 и 2 и самопишущие электроннь1е потенциометры 13 на 24 точки. ВизуаЛьт ный контроль в скважинах осуществляют оптическими пирометрами через смотровые глазки 10. Высушивание грунта в объеме укрепляемой части продолжается 10 ч, компоненты Са(ОН)2 и Si02 нагнетают в пропорции по объему 1:9. На нагревание грунта после инъекции в поры компонентов затрачивают 20 ,ч. Степень заполнения пор компонентами варьируют в пределах 0,05-0,2. Продолжительность, вакуумирования грунта после прекращения его нагревания составляет 5ч. Одновременно на площадке в аналогичных условиях выполняют обжиг грунта известным способом. Для обеспечения несущей способности 400 тс требуется упрочнить объем грунта в 71,7 м, на что затрачивается 108 ч и расходуется тепла 143400 мДж и воздуха 172000 м Опытные данные и сравнительный анали.з предлагаемого и известного способов приведены в таблице

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО УКРЕПЛЕНИЯ МАКРОПОРИСТОГО ГРУНТА, вклю-. чакЕций образование основной и всп(Я4О-г гательных скважин, их герметизацию, сжигание в основной скважине горю чих смесей, нагнетание горячих газов в грунт, высушивание и нагрев грунта, отлич ающийся тем, что, с целью снижения продолжительности процесса и энергозатрат, перед образованием скважин производят снижение между ними газопроницаемости поверхности грунта, после высушивания грунта осуществляют нагнетание в него через сквгикиНы порошкообразных гидрата окиси кальция и активйого кремнезема, а после нагрева грунта производят вакуумирование вспомогательных скважин в течение времени, равного времени температуры стенки основной скважины до температуры, соответствующей, началу реакции образования гидросиликата кальция, а нагнетание горячих газов ведут при давлении 0,8-1,0 мПа в интервале температур, соответствующих температурам образования гидросиликата кальция и начала его дегидратации, причем вспомогательные скважины образуют от основной на расстоянии , определяемом из зависимости g i Aotio+AeI Не м (Л irfle Cg - продолжительность нагревания грунта г ч; «-в- продолжительность вакууми§ i рования грунта, ч, Н, - высота укрепляемого массива грунта, м, АОскорость укрепления грунта при нагревании, ) АВскорость укрепления грунта при вакуумировании,м/ч. 4 00 ел со

Диаметр укрепленного массива грунта, м

Общая продолжительность обработки, ч

1,2 46

1,2

1,2 25 32

Продолжение таблицы