Устройство для глубинного уплотнения и закрепления грунта (его варианты) Советский патент 1984 года по МПК E02D3/12 

110 Изобретение относится к строительству, в частности к уплотнению и закреплению крупных массивов слабых грунтов типа рыхлых заиленных пеской, супесей, супесчаных илов при освоении ранее затопленных территорий. Известно устройство для закрепления грун1юв, включающее трубу с перфорированной нижней частью, в которой размещен цебалансный вибратор, соединен- ный с гицротурбиной, приводимой в действие движущимся по трубе закрепляющим раствором ij . Недостатком данного устрюйства яв ляется ограниченный радиус действия. Кроме того, использование гидрютурбины приводимой в действие закрепляющим раствором, снижает надежность устройства и затрудняет эксплуатационное обслуживание. Наиболее близким к изобретению является устройство для глубинного уплот нения и закрепления грунта, включающее вертикально установленную трубу, радиально прикрепленные к ней ярусами пере мешивающие и полые нагнетательные элементы и наконечник, соединенные с верх ним концом трубы вибропогружатель и входной патрубок Г2 . Недостатками известного устройства являются неконтролируемая неравномерность распределения закрепляющего раствора в обрабатываемом грунте, особенно в нижней зоне закрепляемого массива, значительные потери раствора через верхние ярусь трубок в начальной фазе погружения устройства, недостаточная надежность инъекционной части, обусловленная большим количеством выпускных отверстий/работающих в условиях неравного противодавления, что снижает его эффективность. Цель изобретения - повышение эффективное ти. Поставленная цель достигается тем, что по первому варианту в устройстве для глуб1шного уплотнения и закрепления грунта, включающем вертикально уста новленную трубу, радиально прикрепленны к ней ярусами перемешивающие и полые нагнетательные элементы и хвостовик, соединенные с верхним концом трубы ви ропогружатель и входной патрубок, снабжена закрепленным на ее нижнем ко це фланцем, размещенным над фланцем упорным кольцом и прилегающими к коль цу верхней и нижней цилиндрическими пружинами, хвостовик выполнен в виде 792 плотно охватывающего фланец вертикально подвижного стакана, имеющего контактирующие с внещними концами пружин упоры, расположенные в, его нижней части выпускные отверстия и винтовые лопасти и смонтированные внутри перепускные клапаны, перекрывающие торец трубы и выпускные отверстия, а полые нагнетательные элементы закреплены на стакане, выпускные отверстия которого сообщены с полостями соответствующих нагнетательных элементов. В устройстве по второму варианту соединение трубы с вибропогружателем выполнено в виде вертлюга с сальниковым уплотнением, перемешивающие элементы - клиновидными в сечении с цент рально-симметричными скосами, а нагн&тательные элементы - с тангенциально расположенными на концах соплами, образующими сегнерово колесо. При этом нагнетательные элементы расположены между первым и вторым снизу ярусами перемешивающих элементов. На фиг. 1 изображено устройство по первому варианту, общий вид; на фиг. 2 - нижнее положение хвостовика и перепускных клапанов; на фиг. 3 - верхнее положение хвостовика и перепускных клапанов; на фиг. 4 - устройство по второму варианту, общий вид, на фиг. 5 - разрез А-А на фиг. 4. Устройство для глубинного уплотнения и закрепления грунта по первому варианту имеет вертикально установленную тру-, бу 1, соединенный с ее верхним концом вибропогружатель 2, преимущественно низкочастотяый, прикрепленные к трубе 1 ярусы перемешивающих элементов 3, расположенный на ее нижнем конце фланец 4 с уплотнителем по его торцу, расположенное над фланцем 4 упорное кольцо 5, охватывакядие трубу 1 и прилегающие к кольцу 5 цилиндрические пружины - верхнюю 6 и нижнюю 7, хвостовик, выполненный в вице плотно охватьтающего фланец вертикально подвижного стакана 8 с упорами 9 и 10, контактирующими соответственно с внешними торцами пружин 6 и 7, смонтированные внутри стакана 8 перепускные клапаны 11 и 12, из которых клапан 11 перекрывает торец трубы 1, а клапан 12 - выпускные отверстия 13, выполненные в нижней части стакана 8, соединенные с последним полые нагнетательные элементы 14,

расположенные в нижней части стакана 8 винтовые лопасти 15 и закрепленный на трубе 1 Бхогшой патрубок 16,

Устройство по второму варианту имеет вертикально установленную трубу 17, Биброногружатель 18, соециненный с трубой 17 при помощи вертлюга 19 с сальниковым уплотнением (не показано.) , прикрепленные к трубе 17 ярусы перемешивающих элементов 20 с клиновицными центрально-симметричными скосами, установленные между первым и вторым ярусами снизу перемешивакшие эл&менты 20, нагнетательные элементы 21 с тангенциально расположенными на концах соплами 22, образующими сегнерово колесо, и вхоцной патрубок 23, соеци- ненный при помоши гибкого шланга 24 с насосным оборудованием 25.

Устройство по первому варианту рабо- тает слецуклцим образом.

Смонтированное устройство с помощью подъемного оборудования устанавливают на участке работ и подсоединяют входной патрубок 16 к источнику нагнетания закрепляющего раствора, и после заполнения трубы 1 раствором включают вибропогружатель 2 и начинаю погруже1ие устройства в грунт. В процессе движения (колебания) трубы 1 вниз клапан 11 закрывает нижний торец трубы 1, а внутри стакана 8 фланцем 4 создается давление, открывающее клапан 12 и выталкивающее закрепляющий раствор через отверстия 13 в полые нагнетательные элементы 14 и далее в грунт (фиг. 2). В процессе движения (колебания) трубы 1 вверх клапан 12 закрывается, а клапан 11 открывается, и новая порция раствора через трубу 1 засасыва- ется в полость стакана 8 (фиг. З). Таким образом, пульсирующее давление, необходимое для инъектирования в грунт закрепляющего раствора, создается непосредственно в стакане 8 вследствие колебательного движения трубь 1 с

фланцем 4.

I ,,

Благодаря наличию спиральных лопастей 15 погружение устройства сопровож-г дается медленным поворотом стакана 8 вокруг вертикальной оси, что в сочетании с расположением полых радиальных поперечных элементов 14 под углом не более 90 друг к другу обеспечивает равномерное в плане насыщение закрепляющим раствором обрабатываемого объема грунта. Регулирование величины пульсирующего давления в стакане 8 может осуществляться изменением длины полых нагнетательных элементов 14 о-пносительно перемещиваюших элементов 3. Рекомендуется, чтобы длина элементов 14 превышала длину элементов 3 не менее чем на 15%.

После достижения проектной отметки полыми элементами 14 выключают оборудование для подачи раствора и устройство извлекают при работающем вибропогружателе 2 с периодическими изменениями скорости и направления его движ&ния в целях достижения повышенной плот ности грунта. В случае необходимости дополнительные порции закрепляющего раствора в грунт подают при повторных погружениях устройства.

После извлечения устройства его переносят на новое место и все операции повторяются в указанной последовательности.

Устройство по второму варианту работает следующим образом.

Смонтированное устройство также с помощью подъемного оборудования устанавливают над местом уплотнения грунта и после включения вибропогружателя 18, создающего вертикальные колебания, начинают погружать его в грунт. По достижении перемещивающими элементами 21 отметки верха закрепляемого грунта включают насосное оборудование 25 и продолжают дальнейшее погружение уст ройства при одновременном инъектировании в грунт закрепляющего раствора. Благодаря реакции струй, вытекающих из сопел 22, инъектируемого раствора и реакции грунта по скосам перемешивающи элементов 20 погружение устройства происходит с одновременным его вращением вокруг вертлюга 19, что обеспечивает равномерную подачу закрепляющего раствора и закрепление грунта. В случае н&обхоцимости на расчетных отметках увеличивают или уменьшают поцачу закрепляющего раствора для получения проектной эпюры прочности грунта по глубине. Посл достижения устройством заданной глубины начинают его .извлечение при работак щем вибропогружателе 18 с периодическими изменениями скорости и направления его движения в целях достижения повышенной плотности грунта. Извлеченное уст ройство перемацают в место последующего укрепления грунта и все операции пО вторяются в изложенной последовательности.

Tajtoe вьтолнение вариантов усгройсрва обеспечивает равномерное регулируемое закрепление грунта при ояновременном интенсивном вибрационном уплотнении. Поаача раствора к верхнему концу трубы может произвоаиться при минимальном давлении. Это позволяет использовать обычные растворонасосы и низконапорные шланги, что расширяет область при.менения устройства, упрощает технологию и организацию процесса, повышает его

надежность при оцновременном увеличени радиуса закрепления.

С помощью устройства уплотняемому и закрепляемому массиву грунта может быть придана заданная проектом конфигурация: отдельные столбы, стенки, сетчато-кольцевая структура, сплошной массив в зависимости от поставленных задач и инженерно-геологических условий.

1. Устройство цля глубинного уплотнения и закрепления грунта, включающее вертикально установленную трубу, радиально прикрепленныэ к ней ярусами перемешивающие и полью нагнетательные элементы и хвостовик, соединенные с верхним концом трубы вибропогружатель и входной патрубок, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности, труба сназбжена закрепленным на ее нижним конце фланцем, размещенным над фланцем шорным кольцом и прилегакицими к кольцу верхней и нижней цилиндрическими пружинами, хвостовик выполнен в виде плотно охватывающего фланец вертикально подвижного стакана, имеющ&го контактирующие с внешними концами пружин упоры, расположенные в его нижней части выпускные отверстия и винтовые лопасти и смонтированные внутри перепускные клапаны, перекрывающие торец трубы и выпускные отверстия, а полые нагнетательные элементы закреп- лены на стакане, вьшускные отверстия которого сообщены с полостями соответст вующих нагнетательных элементов. 2.Устройство для глубинного уплот. нения и закрюпления грунта, включающее вертикально установленную трубу, ради- ально прикрепленньте к ней ярусами пер мещивающие и полые нагнетательные элементы и наконечник, соединенные с верхним концом трубы вибропогружатель и ел входной патрубок, о тличаюшееся тем, что, с Целью повыщения эффектив- ности, соединение трубы с вибропогружателем выполнено в виде вертлюга с сальниковым уплотнением, перемешивающие элементы - клиновидными в сечении с о центрально-симметричными скосами, а нагнетательные элементы - с тангенциаль X) но расположенными на концах соплами, | образующими сегнерово колесо. со 3.Устройство по п. 2, о тл ич а ю щ е е с я тем, что нагнетательные элементы расположены между и вторым снизу ярусами перемещивак щих элементов.

j-t

8 /±

.1

Фиг4

фиг. 5