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

00

о

СП

о: Изобретение относится к укрепле .нию слабых грунтов в строительстве в частности, термическим воздейств ем. Известен способ термического укрепления грунта, включающий бурение скважин, их герметизацию, подачу в скважины горючих смесей, сжигание их и нагнетание горячих газов в грунт l .. Недостатком этого способа являет ся ограниченная область применения из-за высокой энергоемкости. Наиболее близким к изобретению является способ термического укрепл ния грунта, включающий образование основной и вспс логательных скважин их герметизацию, осушение грунта вакуумированием вспомогательных скв жин с одновременным нагнетанием горячих газов в грунт через основную скважину и подачу через последнюю .сжатого воздуха 2 . Недостатком данного способа явля ется высокий расход тепловой энергии, достигающий 3900-4200 мДж на 1м укрепленного, грунта. Цель изобретения - снижение энер гозатрат. - Поставленная цель достигается тем, что согласно -способу термического укрепления массива грунта, вкл чающему образование основной и вспо могательных скважин, их герме гизаци осушение грунта вакуумированием всп могательных скважин с одновременным нагнетанием горячих газов в грунт через основную скважину и подачу через последнюю сжатого воздуха, после осушения грунта осуществляют дополнительное нагнетание в него горячих газов через вспомогательные скважины, причем подачу сжатого воз духа ведут во время дополнительного нагнетания горячих газов, а вспомогательные скважины образуют на расстоянии от центра основной скважины, равной одной трети диаметра укрепляемого массива грунта. На фиг.. 1 изображены скважины и термогрунтовая опора, разрезJ на фиг. 2 - план теЕИлогрунтовой опоры и схема размещения оборудования и инженерных сетей; на фиг. 3 - распределение температуры нагрева в массиве грунта, где а - термограмма основной скважиныjS - термограм ма вспомогательной скважины Ь - по ле распределения температур продув кой воздухом. Технология осуществления способа заключается в следующем. . Вначале бурят основную скважину и симметрично вокруг нее на расстояниях, равных одной трети диаметра укрепляемого массива грунта, образу ют вспомогательные скважииы 2. Сква жины 1 и 2 герметизируют затворами 3 с установленНЕлми на них горелками 4. Затем горелку 4 основной ск важины 1 подключают через трубопроводы 5 и б к компрессору 7, а через трубопровод 8 - к емкости с топливом 9 или к газопроводу (не показан), а вспомогательные скважины 2 подсоеди.няют к вакуум-насосу 10. После этого вся система проверяется на герметичность, вентили 11 закрываются,а вентили 12 открываются, в основной скважине 1 сжигаются горючие смеси. Одновременно через вспомогательные скважины 2 вакуум-насосом 10 из укрепляемого грунта 13 отсасывают влагу. Этот процесс продолжают до полного прекращения выделения пара из вспомогательных скважин 2, что соответствует температуре грунта 13 в их стенках 120-170с. Затем вентили 11 открываются, а вентили 1-2 закрываются, во вспомо-: гательные скважины 2 через горелки 4-подается горючая смесь и сжигается а Нагретые газы нагнетаются в укрепляемый массив грунта 13, пока на внешней границе 14 изготавливаемой термогрунтовой опоры грунт не нагреется до температуры, обеспечивающей необратимую во времени водостойкость и устранение пучинных свойств обожженного грунта. Эта температура в .зависимости от вида связ.анного грунта составляет ЗОО-бОО С. Одновременно с нагнетанием в укрепляемый грунт 13 нагретых газов основную скважин.у 1 подают сжатый воздух, который Проходит через массив нагретого грунта вокруг основной скважины 1, нагревается и за.тем отдает тепловую энергию периферийным объемам Укрепляемого массива грунта 13 (фиг, 3). Контроль за- распространением температуры в укрепляемом грунте 13 и за нагреванием его на внешней грани-; це 14 до температуры ЗОО-бОО С осу- щест:вляют термопарами 15, со.единеннь1ми с самопишущими приборами 16. Генерация тепловой энергии может осуществляться и путем преобразования электрической энергии в нагреваталях, погружаемых в основную 1 и вспомогат ельные 2 скважины, собтветствующим изменением схемы подключе- , ния к источнику электроэнергии и ; сжатого воздуха. Таким Ьбразом, одновременное нагнетание нагретых газов в грунт 13 из основной скважинь 1 и отсос вла- , ги через вспомогательные скважины 2 создает интенсивное осзт1ение грунта в объеме изготавливаемой цилиндрической опоры. При этом, за счет нагревания влаги в порах грунта уменьшаются силы электромолекулярного сцепления ее с минеральными частицами, увеличиается подвижность, возрастает скорость миграции.

Размещение основной и вспомогательной скважин на расстоянии, равном одной трети диаметра укрепляемого массива грунта, дает единственный вариант геометрической ориентации их в пространстве, при котором взашЦНоё влияние скважин одинаковое.

Вокруг основной скважины возможно разместить шесть вспомогательны:. ГТакое .размещение .скважин обеспечй вает рав.нсмерный отсос влаги из . объема изготавливаемой термогрунтовой опоры при одинаковом влиянии ; на скорость миграции влаги основной скважины, через которую нагнетаются, нагретые газы и равномерный обжиг грунта.

Полное испарение влаги из грунта при 120-170 С обеспечивает последующее более интенсивное нагревание грунта, так как до испарения воды ,из ПОР темйература грунта не превышает , а полное испарение влаги наступает при 120-170°С.

Нагнетание сжатого воздуха из основной .скважины с одновременным обжигом грунта через вcпoмoгaтieльные обеспечивает использование тепловой энергии, аккумулированной вокруг основной скважины в процессе предварительного обжига, для обжига периферийных объемов грунта,, при зтом расход тепловой энергии сокращается.

Кроме того, воздухл поступающий gi3 основной скважины ЕО вспомогательные в процессе сжигания в них горючих смесей, нагрет и, участвуя в регулировании температур внутри вспомогательных скважин, не требу-.

ет дополнительного расхода тепловиК энергии на подогрев. Таким образом, достоинства предлагаемого способа по сравнению с известным заключается в эффективном использовании процессов одновременного нагревания грунта и удаления из него влаги, нагревания грунта и перераспределения аккумулированного им тепла для снижения расхода энергозатрат.

0

Пример. На строительной площадке изготавливают три термогрунтовые диаметром 2 м на глубину 5 MB покровнс суглинке с объемной массой 1,8 т/м, природной влаж5 ностью .0,32 и температурой устранения пучинистых свойств 500 С.

Скважины 1 и 2 пробуривают уста овкой УГБ-50 диаметром 0,2 м, гермети. зацию их выполняют винтовыми затво- . рами 3 с горелкс1ми 4. Влага из грун0та 13 вакуумйруется через вспомогательные скважины 2 вакуум-насосом 10 от установки РМК-4 производитель ностью до 5 и давлением до

5 0,13 мПа. Сжатый воздух нагнетается в основные скважины 1 компрессором 200-В производительность,ю 6 м/мин и давлением до 0,7 мПа. Сжигают жидкое топливо с теплотой сгорания 42 мДж/кг. Для измерения температу0ры по внешнему контуру 14 изготавливаемых термогрунтовых, опор применяю.т термопары ХА-УШ и самопишущие электронные потенциометры ЭПП-09М2. Температура грунта в стенках сква

5 жин 1 и 2 при обжиге составляет 1000°С, показатель термограммы по результатам пробного обжига 0,5.

В таблице представлены данные результатов сравнения известного И

0 предлагаемого способов.

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО УКРЕПЛЕНИЯ МАССИВА ГРУНТА, включающий 1 образование основной и вспсмогательных сквгикин, их герметизацию, осушение грунта вакуумированием вспомогательных бкважин с одновременным нагнетанием горячих Газов в грунт через основную скважину и подачу через последикно сжатого воздуха, о тли. чающийс я тем, что,, с целью снижения энергозатрат, после осушения грунта осуществляют дополнительное нагнетание в негр горячих газов через вспсмогательные скважи.ны, причем подачу сжатого воздуха ведут .во время дополнительного нагнетания горячих газов, а вспомогательные скважины образуют на расстоянии от центра основной скважины, равнс одной трети диаметра укрепля-, емого массива .грунта.

Общая продолжительность обжига для одной термогрунтовой опоры, ч

трудоемкость работы, ч.дн./м

-

Стоимость материалов, руб/м

л

Фондоемкость работ, руб/м

Расход тепловой энергии

в расчете на 1м термогруйтовой опоры, мДж/м

Предлагаемый способ изготовления термогрунтовых опор позволяет сократить расход тепловой энергии на 23-31% при одновременном сокращении

9698100

4,24,14г1

10,609,909,80

4,905,113,31

3180 3070

3267

продолжительности процесса на 20-25, iснижении трудоемкости на 10,7-11,2 и уменьшении затрат материальных 5 средств на 11,3-12,1.

Всь. скбажинн

mo-iimf

0. С loeo-fiOB

ff

Ось бспвногатлмои ск8аж14мы

M-sgg

Фиг.з