Способ термического укрепления грунта Советский патент 1984 года по МПК E02D3/11 

Изобретение относится к строител ству, в частности к укреплению грун термическим воздействием, и может выть использовано для возведения по земных сооружений. По основному авт.св. № 927897 из вестен способ термическбго укрепления грунта преимущественно в виде з кнутого контура на откосе, вкл1очакяд бурение горизонтальных скважин по к туру на расстоянии между центрами, определяемсж-из. соотношения Hc |4Fifp . () где fo - радиус скважины, MJ Н - глубина скважины, м В - минимальная толщина стенок контуру, М} . d - опытный коэффициент скорое ти укрепления, 1- - продолжительность укрепления грунта, ч, образование расположенных в шахматном порядке в скважинах боковых стенок контура, направленных вверх углублений, герметизацию.скважин, подачу и одновременное сжигание во всех скважинах горючих смесей, нагнетание горячих газов в грунт, армирование стенок скважин и введение в НИХ заполнителя, в качейтве последнего для нижних скважин применяют, дренирующий материал tlj. Существенным недостатком известного способа является ограничение о ласти применения грунтов, находящих ся в твердом состоянии, в то время как основное большинство глинистых грунтов имеют более повышенную влаж ность, что вызывает необходимость проведения дополнительных работ по гидроизоляции термогрунтовых подзем ных сооружений. Цель изобретения - обеспе 1ение /крепления глинистых грунтов повыщенной влажности. Поставленная цель достигается те что согласно способу термического укрепления грунта, преимущественно в виде ,замкнутого контура на откосе, включающему бурение горизонталь ных скважин по контуру на расстояни между центрами, определяемом из соотношениярадиус скважины, м где Го Н глубина скважины, м минимальная толщина стенок контура, Mf опытный коэффициент скорос ти укрепления, м /ч; продолжительность укрепления грунта, чобразование расположенных в шахматном порядке в скважинах боковых стенок контура, направленных вверх углублений, герметизацию скважин, подачу и одновременное сжигание во всех скважинах горючих смесей, нагнетание горячих газов в грунт, армирование стенок скважин и введение в них заполнителя, в качестве последнего для нижних скважин применяют дренирующий материал, после нагнетания горячих газов производят охлаждение стенок скважин до температуры, равной 160-180с, а затем через каждую вторую скважину вводят в грунт размягченный битум под давлением 0,1-0,2 МПа, одновременно с этим создают в смежных скважинах вакуум, который поддерживают до появления в них битума. На фиг. 1 представлена скважина и подземная выработка, поперечный разрез; на фиг.2 - горизонтальные скважины, размещенные на откосе, фрагмент продольного разреза. Технология способа заключается в следукндем. Вначале бурят горизонтальные скважины 1 на расстоянии между центрами, определяемом из соотношения 1 , и образуют в них углубления 2, герметиз.ируют скважины 1 затворами 3 с форсунками 4 и отводами 5. После этого подают через лорсунки 4 в скважины 1 горючие смеси и сжигают Их одновременно во всех скважинах 1, а горячие газы нагнетают в укрепляемый грунт 6, пока расчетная температура, например 600-900с, не достигнет внешнего контура 7. Затем через форсунки 4 подают атмосферный воздух и охлаждают им стенки скважин 1 до 1бО-180 С, отключгиот форсунки 4 и в каждую вторую скважину 1 через отвода 5 подают под давлением 0,1-0-,2 МПа размягченный нефтяной или сланцевый битум 8 в количестве, определяемом из соотношения (2), создавая одновременно в смежных скважинах 1 через отводы 5, подключенные к вакуум-насосу , вакуум, пока в этих скважинах не появится битум. Sn. . -(.4.|) где Kj - коэффициент, учитывающий непроизводительные потери битума за пределы расчетного сечения Kj - коэффициент, учитывающий степень заполнения пор и трещин обожженного грунта битумом W - суммарная пористость и трещиноватость обожженногс грунта - радиус скважины, м; Н - минимальная толщина стенок контура, м; Hg - расстояние между центрами скважин контура, м, f - объемная масса битума,кг/м После этого из замкнутого скважи нами 1 контура извлекают неукреплен ный грунт 9, скважины 1 армируют и вводят в них заполнитель 10, например твердеющий раствор или бетон, а затем внутреннюю поверхность 11 выработки выравнивают по слою грунта 12, нагретого до 600-900°С и покрывают ее, например, торкретбетоном по сетке 13. Контроль избыточного давления и вакуума в скважинах 1 осуществляют манометрами 14, а температуру системой термопар с регистрирующими приборами (не показаны). Температурный интервал охлаждения стенок скважин до 1бО-180°С огр ничивается максимально допустимой кратковременной температурой нагревания размягченного битума с учетом непрерывно уменьшающейся температуры грунта, по которому распространя ется битум под действием избыточного давления и вакуума, а также с учетом технических возможностей и точности применяемых для контроля термопар и оптических пирометров. Ограничение избыточного давления в скважинах интервалом 0,1-0,2 МПа обусловлено тем, что при давлениях ниже 0,1 МПа битум слабо проникает в грунт даже при сочетании давления с вакуумом и оседает около стенок скважин 1, через которые он нагнета ется в массив грунта. При дальнейшем повышении избыточного давления наблюдается направленное перемещение битума, однако уже при О,2 МПа имеет место выход размягченного битума за контур расчетного сечения гидроизоляционной конструкции и, прежде всего, в зоне стенок нагнета тельной скважины 1. Дальнейшее повышение давления свыше О,2 МПа существенно увеличивает потери битума, что видно из данных табл.1. Пример . На участке работ осуществляется термическое укрепление грунта в контуре подземного сооружения длиной 20 м и периметром поперечного сечения 23 м. Грунт лессовидный суглинок, степень влаик.ности 74,3%, глубина залегания 18 м исключает возможность развития оползневых явлений ввиду пологости откоса и отсутствия напорного гори зонта вод. Скважины 1 в количестве 16 шт. пробуривают установкой БГМ на длину 22 м диаметром 0,15 м. Время обжига грунта равно 126 ч, минимальная толщина стенок контура 0,5 м. По опытам коэффициент скорости укрепления ,3 . Величина Н определяется из соотношения (1. Углубления 2 в стенках скважин 1 выполняются с по- . мощью вдавливаклдего приспособления диаметром 0,03 м на высоту 0,15 м с обеих сторон. В с1 важинах 1 устанавливаются герметизирующие их Затворы 3 с форсунками 4 и отводами 5. Сжигается жидкое топливо с теплотой горения 42 МДж/кг, сжатый воздух подается в скважины 1 от передних компрессоров ЗИФ-55 производительностью 6 MVMHH. Горючие смеси сжигаются одновременно во всех скважинах 1 и горячие газы нагнетаются в укрепляемый массив грунта 6, пока расчетная температура 600°С не достигнет его внешнего контура 7. Затем форсунки 4 отключают и в скважины 1 нагнетается только атмосферный воздух для охлаждения их стенок до 160 и , что фиксируется показаниями многоточечных термопар TXA-XHI с самопишущими приборами ЭПП-9М2. Затем Форсунки 4 перекрывают, а в отводы 5 в каждую вторую скважину 1 под давлением 0,1,0,15 и 0,20 МПа подается нефтяной битум БМ-0 в количестве, определяемом из соотношения (2 ), и одновременно в смежных скважинах 1 к отводам 5 подключают вакуум-насосы РМК-4 производительностью 5 мVмин и давлением до 0,18 МПа, Вакуумирование и нагнетение битума осу1т1ествляется, пока в вакуумируемых скважинах 1 не появится битум, что проверяется визуально через смотровые глазки, смонтированные на затворах 3, а вокруг скважин 1 по габаритам их диаметров не образуется сплошной слой гидроизоляционной конструкции 8. . После этого неукрепленный грунт 9 внутри контура подземного сооружения извлекают экскаватором Беларусь и производят проверку качества образованного гидроизоляционного слоя 8 путем поверхностного сплошного прозвучивания импульсным ультразвуковым прибором ИМ-2. После этого, когда требуемое качество гидроизоляции установлено, скважины 1 армируются и заполняются бетоном 10 марки 200 на цементе ВРЦ с помощью бетононасоса С-296. Затем внутреннюю поверхность 11 выработки выравнивают по слою грунта 12, нагретому до , отдельные участки подземного сооружения дополнительно покрывают гидроизоляционным слоем-Оклейкой из трех слоев гидроизола с защитной железобетонной стенкой и торкретбетоном по сетке 13. Сравнительный анализ расхода материально-технических и денежных средс-гв известным и предлагаемьлм способами приведены в табл,2, S которую включены затраты без учета работ по извлечению неупрочненнрго грунта, возведению торцевой стенки и входного портала, а также демонтажа оборудования и инженерных сетей, благоустройства территории. Применение мягких битумов в предлагаемом способе обеспечивает высокую пластичность изготовленной гидроизоляционной конструкции и ее дол говечность/ исключает хрупкое разру шение в условиях влажной среды, Использование мягких битумов наиболее эффективно учитывает реальные условия, так как равномерно прогретый массив грунта способствует полному заполнению, пор и трещин и образующийся слой гидроизоляции резко сокращает капиллярный подсос влаги и надежно защищает подземное сооружение от поступления в него поверхностных и грунтовых вод. Таким образом, предлагаемый способ позволяет расширить область применения на влажные грунты и снизить расходы на изготовление гидроизоляционных конструкций подземных сооружений на 22-30%, а также сократить трудоемкость на 30,9-36,8%. Таблица

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА, .преимущественно в виде замкнутого контура на откосе, по авт.св. № 927897, отличающийся тем, что, с целью обеспечения укрепления грунтов повышенной влажности, после нагнетания горячих газов производят охлаждение стенок скважин до температуры, равной 160-180 С, а затем через каждую вторую скважину вводят в грунт размягченный Ритум под давлением 0.10.2 МПа, одновременно с этич создают в смежных скважинах вакуум, который поддерживают до появления в них битума. (Л :о сх со со 00