Способ термического укрепления грунта Советский патент 1985 года по МПК E02D3/11 

111 Изобретение относится к строительству, в частности к укреплению слабых грунтов термическим воздействием, Известен способ термического укрепления грунта, пключаккчий бурение скважины, размещение в ней электродов, подключение последних к источнику электроэнергии и нагрев грунта до спекания с образованием водяных паров 1 I Недостаток данного способа заключается в неэффективном размещении электродов, noBbnnaraLqeM длительность процесса укрепления грунта, а удаление паров воды осуществляется без дополнительного ускорения их удаления, что приводит к снижению производительности Наиболее близким к предлагаемому является способ термического укрепления грунта, включающий бурение скважины и шпуров, размещение в последних электродов, подключение элект родов к источнику электрической энер гии, нагревание грунта до спекания и отвод из него водяных паров 2. Недостатками указанного способа являются относительно высокий удель ньй расход тепловой энергии, дости. гакя ий 3800-4000 МДк/м , укрепленно го до спекания грунта, а также длительность процесса спекания грунта, протекающего в течение 10-16 ч, все это снижает эффективность применения способа в производственных уело Цель изобретения - сокращение пр должительности процесса спекания грунта и расхода тепловой энергии. Указанная цель достигается тем, что согласно способу термического укрепления грунта, включаюп1ему буре ние скважины и шпуров,. размещение в последних электродов, подключение, электродов к источнику, электрической энергии, нагревание грунта до спекания и отвод из него водяных па ров, после бурения шпуров производя образование между ними вертикальных прорезей, после размещения электродов ведут заполнение прорезей грунтом с легкоплавкими добавками, перед нагревом грунта осуществляют введение в него нагретрго до 100200 0 воздуха, а в процессе нагрева грунта производят периодическое вер тикальное перемещение электродов, причем прорези образуют на глубину, равную глубине шпуров. На ч ертеже схематически изображен разрез скважины и укрепляемого грунта, разме1чение основного оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры. Технология способа состоит в следующем. Вначале бурят .скважину 1 и шпуры 2, которые соединяют на всю их высоту сквозными прорезями 3. Затем в шпурах 2 и прорезях 3 размещают электроды 4, после чего прорези 3 заполняют грунтовыми смесями 5 с включением легкоплавких добавок, например полевых шпатов или силикагеля. Электроды 4 монтируют на трубчатых держателях 6, через которые пропущены соединительные провода 7 для подключения электродов 4 к источнику электрической энергии 8. В трубчатых держателях 6 выше электрода на 0,2-0,3 -м выполнены отверстия 9, направленные по оси электродов 4j которые предназначены для нагнетания в грунт 10 и грунтовые смеси 5 нагретого воздуха. После этого шпуры 2 герметизируют затворами 11, а трубчатые держа|тели 6 подключают к компрессору 12. 3атем включают источник электрической энергии 8 и одновременно собирают, конденсируют и отводят конденсат испаряющейся из укрепляемого грунта воды с помощью перфорированных трубчатых сборников 13 с насосными агрегатами 14, которыми оборудуются скважины 1. Процесс спекания грунтовой смеси 5 продолжают в течение периода времени , определяемого из соотношения (1), а до этого через отверстия 9. трубчатых держателей 6 обрабатьтаемый грунт нагревают воздухом до 100-200 С, т.е. до полного удаления свободной и физически связанной воды где С - высота зоны спекания грунта за один период, м; В - ишрина зоны спекания грунта, м; И(, - расстояние меткду шпурами, м; Hfj - высота прорезей, м; А - опытный коэффициент спека-. ния грунта, ы 1ч.

Затем электроды 4 перемещают вверх и процесс периодически.повторяют до полного спекания грунтовых смесей 5 на всю высоту прорезей 3. При этом после полного удаления водяных паров скважины 1 заполняют грунтом, а| перфорированные трубчаты сборники 13 демонтируют.

Контроль за процессом спекания грунтовых смесей 5 и окружающего прорези 3 грунта ненарушенной структуры осуществляют системой термопар 15, соединенных с приборами 16.

Согласно способу термическому укреплению подвергается весь объем грунта, находящийся .основной скважиной и размещенными вокруг нее шпурами, причем он нагревается до температуры 600-2000 с. В данном способе температура спекания грунтовьк смесей за счет легкоплавких добавок может быть снижена до 1000-1100 С, объем укрепляемого грунта сокращается, так как спекани осуществляется только вокруг электродов 4, а расход тепла, кроме этого, уменьшается за счет предварительного подогревания гр/нтовых смесей и окружающего электроды 4 грунта воздухом. При этом воздух подогревается теплом.от электродов 4 и одновременно охлаждает трубчатые держатели 6 и размещенные в них .соединительные провода 7 и контакты электродов 4.

Предлагаемый способ дает наиболший эффект при изготовлении относительно тонких, порядка 0,1-0,3 м, стенсгк из расплавленного грунта, iкоторые отличаются высокой степенью защиты от проникания воды и газов .к могут быть использованы в камест;ве противофильтрационных завес. При .этом такие стенки обладают также высокой кислото- и щелочестойкостью что необходимо в грунтовых средах с минерализованными грунтовыми водами.

Сжатьй воздух, подаваемый вдоль электродов 4, вместе с нагреванием грунтовых смесей позволяет отжимать от электродов 4 влагу, которая поступает из окружающего грунта. Особенно это эффективно при укреплении водонасыщенного грунта.

Предварительное нагревание грунта и грунтовых смесей воздухом до 100-200 0 применительно к продолжи-

тельности спекания и расходу теплЯ обеспечивает выход из спекаемой массы грунта паров воды, что .исключает образование :каверй, снижакицих 5 противофильтрационные и прочностные характеристики изготавливаемых в грунте тонких конструкций, при этом при нагреве грунта ниже 100°С вода не испарйется, а вьше 200С увеличиваются тепловые потери массопереносом с нагретым воздухом в атмосферу. Таким образом, интервал 100-200 0 обеспечивает полное удаление химически несвязанной воды, исключает

5 образован.ие каверн, сокращает непроизводительные потери тепла с отходящими в атмосферу нагретыми газами.

Пример. На участке осуществлялось термическое укрепление грунта на глубину 6 м Скважины 1 и шпуры 2 выполнены установкой ЛВУ-50 диаметром 0,3 и 0,2 м соответственно, Шпуры 2 были соединены сквозными . прорезями шириной 0,2 м, выполненными многоковшевой приставкой к крану. Электроды 4 из жаростойкой стали ОХЗОЮЗА бьши смонтированы на трубчатых держателях 6 в крайнем нижнек положении на дне прорезей 3, прореQ зи заполнялись местным грунтом с добавкой 5-10% отходов химической промышленности - силикагеля (по массе).. Напряжение и сила тока в электродах поддерживались соответственно 36 В и 1800-2000 А. Электроды 4 подключа- лись через печные трансформаторы. Сжатый воздух подавался от компрессоров ЗИФ-55 под давлением 0,05 0,1 МПа и нагнетался из отверстий у в спекаемые грунтовые смеси, 5. Выделякщаяся Из основньк скважин 1 вода и ее пары отводились перфорированными труб атьтми сборниками 13 с помощью насосов 14 типа РМК-4. Грунт перед спеканием нагревали воздухом при 100 и 200°С.

Всего было укреплено 3 участка с расстоянием между шпурами 2-2 м. Скорость спекания грунта зависела от параметра тока и изменялась в

пределах 0,028-0,06 . Перемещение электродов 4 осуществлялось подъемом трубчатых держателей 6 с помощью траверс.

Одновременно бьши выполнены в акалогичных условиях работы по спеканию грунта предлагаемым способом. Сравнительные данные приведены в таблице,

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО УКРЕП(ЛЕНИЯ ГРУНТА, включагадай бурение скважины и гапуров, размещение в последних электродов, подключение :электродов к источнику электрической энергии, нагревание грунта до спекания и отвод из него водяных паров, отличающийся тем, что, с целью сокращения продолжительности процесса спекания грунта и расхода тепловой энергии, после бурения шпуров производят обра- зование между вертикальных прорезей, после размещения электродов ведут заполнение прорезей грунтом с легкоплавкими добавками, перед нагревом грунта осуществляют введе,ние в него нагретого до 100-200 С воздуха, а в процессе нагрева грунта производят периодическое вертикальное перемещение электродов, причем прорези образуют на глубину, О) равную глубине ипуров.