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

4

00 00

ству зданий и сооружений на просадочных грунтах, в частности к укреплению грунтов второго типа просадочности в виде отдельных опор .путем термического воздействия.

Известен способ термического укрепления грунта, включающий бурение скважины, ее герметизацию, сжигание в ней горючих смесей и нагнетание горячих газов в грунт l|.

Недостаток указанного способа заключается в большой продолжительности термического укрепления из-за относительно невысокого избыточного давления при нагнетании в грунт горячих газбв, что снижает его эффективность.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ термического укрепления грунта увключанздий бзфение скважины, ее герметизацию, генерирование в скважине горючих газов посредством кольцеобразного теплогенератора, нагнетание горячих газов в грунт с дополнительным импульсным повьшением их давления с помощью поршневого приспособления 2.

Недостатком известного способа является низкая эффективность при JJ кpeшIeнии грунтов второго типа просадочности,ввиду развития сил нагружгиощего трения,снижающих несущую способность укрепленного массиза грунта,так как способ рассчитан на образование массивов укрепленного грунта большого диаметра.

9

Цель изобретения - повышение эффективности укрепления грунтов второго типа просадочности.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термического укрепления грунта, включающему бурение скважины,ее герметизацию, генерирование в скважине горячих газов посредством кольцеобразного термогенератора, нагнетание горячих газов в грунт с дополнительным им пульсным повышением их давления с помощью порпшевого приспособления, в процессе нагнетания горячих газов осуществляют послойное введ(гние в скважину легкоплавких грунтовых смесей и их нагревание теплогенератором до размягчения, после импульсного повышения давления Ьсзпдесмесь поршневого приспособления.

На фиг.1 изображено ра змещение оборудования, общий видJ на фиг. 2технологическая схема укрепления грунта в виде столбчатой опоры.

Технология способа заключается в следующем.

Вначале бурят скважину 1 и герметизируют ее затвором 2, на котором укреплены приборы контроля давленИя и температур (не показаны) направляюнщй цилиндр 3, фиксируемы в скважине 1 сальниками 4. С внешней стороны цилиндра 3 размещается кольцевой электрический термогенератор 5, а внутри - поршень 6. Кольцевой термогенератор 5 соедине жесткими трубчатыми держателями 7 с лебедкой 8. В трубчатых держателях 7 размещены кабели, соединенны с трансформатором 9. Поршень 6 через полый цилиндр 10 соединен через гибкий патрубок 11с вентилем подачи в скважину 1 воздуха и вентилем 13 подачи в скваямну 1 легкоплавких грунтовых смесей Н.

Кольцевой термогенератор 5 включается одновременно с подачей в скважину 1 через вентиль 12 и гибкий патрубок 11 по полому цилиндру 10 воздуха, который нагревается до 800-1000 с. После этого поршень 6 сбрасывается вниз на дно скважины и создает импульсное давление, под действием, которого горячие газы нагнетаются в укрепляемый массив грунта. Затем через вентиль 13 и гибкий патрубок 11 по полому цилиндру 10 в скважину 1 подается легкоплавкая грунтовая смесь 14, которая размягчается, гермогенератором 5, нагреваясь до ,1100-1200°С, а поршень 6 в это зремя поднят в верхнее положение. После этого тёрмогенератор 5 поднимается над поверхностью грунтовой смеси 14, а порщень 6 сбрасьшается вниз и уплотняет своей массой смесь 14, которая образует плотную пяту .массива 15, материал размягченной легкоплавкой грунтовой смеси при этом нагнетается за контур скважины 1, а вокруг него образуется зона грунта 16, обожженного при температзфах, ниже температуры плавления укрепляемого массива грута. Процесс повторяется пока рас3четная температура, например 400600 С, не достигнет внешней границы 17 укрепляемого массива грунта, что фиксируется термопарами с само пишущими приборами (не показаны). В предлагаемом способе энергия падения поршня используется как для создания импульсного давления горячих газов, так и для уплотнения размягченной массы грунтовых смесей, которая выходит за контуры стенок скважины и создает тем самым несущую пяту. За счет этого размеры ствола укрепляемого массива могут быть сокращены, например, с 60-80 до 20-30 см, а это приводит к уменьшению сил сдвига по внешней поверхности укрепленного массива грунта, которые развиваются при замачивании грунта, особенно второго типа просадочности. Кольцевая форма электрического термогенератора 5 и его размещение по окружности, равной 0,650,71 радиуса скважины 1, обосновываются тем, что при равномерном распределении заполнителя по дну скважины 1 масса подлежащего размягчению материала увеличивается от центра к стенкам скважины 1 пропорционально квадрату радиуса. Поэтому для эффективного нагревания заполнителя необходимо разместить источник тепла, точнее количество вьделяемого им тепла, в центре масс, т.е. масса заполнителя за контуром нагревателя и внутри него должна быть равной. Ис ходя из известных зависимостей, а также зтаитьшая занимаемую термоген ратором 5 собственную площадь, рациональное отношение радиусов терм генератора 5 и скважин 1 составляе 0,65-0,71. В качестве легкоплавких добавок в местные грунты могут быть исполь зованы полевошпатные измельченные породы или другие материалы, напри мер отходы химического производств ,в частности сшшкагель, снижающий температуру размягчения лесовых и глинистых грунтов на 140-230 с. 03 Пример. На участке работ производят термическое укрепление лессового грунта второго типа просадочности мощностью 10 м, подстилаемого выветрившейся скальной породой, путем образования отдельных опор диаметром 0,4 и 0,5 м с уширенными пятами из уплотненного размяг- ченного местного грунта с дсЯавкой 10 мае.% селикагеля. Скважины 1 пробурены установкой ЛБУ-50 и загерметизированы затворами 2. Кольцевой электрический термогенератор 5 выполнен из стали марки ОХЗОЮ5А с длительной работой при температуре до 1600С, напряжение поддерживают в пределах 24-36 В, в силу тока - 1880-2300 А, трансформаторы размещают непосредственно в зоне работ. На затворе 2 смонтированы пружинные манометры и комплекты передвижных термопар типа ОРРЗ, соединенные с самопишущими приборами ЭПП-9М2. К этим приборам подключены термопары ТХА, размещенные в у|с-г репляемом массиве грунта по его внешнему контуру. Термическое укрепление продолжается 21 и 18 ч. Вокруг стволов скважин 1 образованы укрепленные оболочки грунта толщиной 0,4-0,5 м, а в забоях стволов - уплотненные уширения соответственно 0,7 и 0,8 м. За контур стенок скважин 1 расплавленные массивы грунтовых смесей распространяются на 0,05-0,06 м, в пяте - на 0,1-0,15 м. Одновременно выполнена опора по известному способу, на укрепление грунта которой было затрачено 60 ч. Данные опытов приведены в таблице. Таким обраэсад, предлагаемый способ позволяет увеличить несущую способность Укрепленных массивов грунта .в просадочных грунтах второго типа в 2,83-3,56 раз и эффективность использования объема укрепленного грунта в 13-15,5 раз, что снижает затраты на 1 тс несущей способности в 1,5-1,54 раза.

аметр укрепленного массива груита, м

вокруг ствола вокруг пяты Объем укрепленного массива,м

Несущая способность при полном замачивании грунта (сте0,4

0,5 0,7 0,8 1,АЗ 2,15

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА, включающий бурение скважины, ее герметизацию, генерирование в скважине горячих газов посредством кольцеобразного термогенератора, нагнетание горячих газов в грунт с дополнительным импульсным повыпением их давления с помощью поршневого приспособления, отличающийся тем, что, с целью повывения эффективности укрепления грунтов второго типа просадочности, в процессе нагнетания горячих газов осуществляют послойное введение в скважину легкоплавких грунтовых смесей и их нагревание теплогенератором до размягчения, после импульсного повышения давления воздействуют на размягченную смесь поршневого приспособления.