Способ упрочнения грунта Советский патент 1987 года по МПК E21D20/00 

1

Изобретение относится к способам химического упрочнения неустойчивого грунта при строительстве подземных сооружений.

Целью изобретения являются повы- шение прочности упрочненного грунта и увеличение радиуса упрочнения. .

На чертеже изображена схема инъ- ектора, выполненного в виде манжетной колонны с поперечными диафрагма- ми, посредством которой может быть осуществлен предлагаемый способ упрочнения грун1;а.

Инъектор представляет собой многосекционную трубу 1, секции которой состыкованы посредством соединительных муфт 2. В каждой секции трубы имеются парные отверстия 3, покрытые с внешней стороны резиновыми манжетами 4. Полость секции трубы раз- делена поперечными метал-пическими диафрагмами 5 на участки. Инъектор устанавливают в пробуренную скважину следующим образом.

Вначале собирают секции трубы 1 инъектора. Далее инъектор вводят в скважину 6 и кольцевой зазор 7 между инъектором и стенками скважины заполняют обойменным бетоном. Через 18- 24 ч скважина готова к упрочнению грунта.

Для производства упрочнения грунта определяют параметры нагнетания: необходимое давление гидроразрыва Р и давление насыщения грунта Р„ по следующим выражениям:

Р 1

ун(1+2 п| tg г

(1)

Рг

1

5 V

(2)

де L - предельное напряжение сдвига герметизирующего кольцевой зазор материал а, Mlla i

Д- ширина кольцевого зазора между инъектором и стенками скважины, мм,

d - диаметр отверстия в инъек- торе, мм ,

У - удельная масса грунта, г/см ;

Н - глубина заложения скважины, м

h - расчетная глубина гидро- f, разрыва, м i,

5 0

5 0

5

0

5

0

5

1602

i - угол внутренне.го трения закрепляющей композиции, град; - коэффициент пористости

грунта D - средневзвешенный диаметр

зерен грунта, мм,- а - расстояние между трещинами гидроразрыва, м; t - предел текучести закрепляющей композиции, МПа; Р - давление воды в порах

грунта, МПа.

Обработку Грунта через инъектор производят на отдельных участках. На каждом участке вначале в инъектор подают нетвердеющую жидкость (один из компонентов закрепляющей композиции). При давлении, равном (или несколько большим) Р происходит гидроразрыв обойменного бетона и грунта вокруг скважины. Образованные искусственным путем трещины в грунте заполняют закрепляющей композицией путем ее нагнетания под давлением, не превышающим Р . В этом случае происходит только пропитка грунта вокруг образованных трещин. Пропитку грунта производят до полного насыщения грунта закрепляющей композицией, о чем свидетельствует значительный рост давления в магистрали даже при низком расходе композиции.

После окончания насыщения инъектор вновь заполняют нетвердеющей жидкостью, которую выдерживают в нем до начала гелеобразования закрепляющей композиции под давлением, равным давлению нагнетания закрепляющей ком-- позиции. Это необходимо для вьщавли- вания последней из инъектора и предотвращения тем самым отвердения ее в инъекторе. После гелеобразования закрепляющей композиции в грунте давление в инъекторе снимают и обработку грунта повторяют на следующем участке.

П Р и м е р. По KOHtypy будущей выработки в неустойчивом слабопроницаемом (коэффициент фильтрации КФ 0,01 м/сут) грунте бурят скважины длиной 18-22 м и диаметром 80 мм. В связи с неустойчивостью стенок скважин бурение проводят станком БАМ-2 с обсадными трубами.При достижении скважинами проектной глубины в них вводят сборный инъектор

3.

с поперечными диафрагмами, расположенными через каждые 330 ьт. Кольцевой зазор между стенками скважины и инъектором герметизируют с помощью обойменного бетона (цементно- глинистый раствор с прочностью на сжатие в суточном возрасте не ниже 1 МПа), Одновременно с нагнетанием в кольцевой зазор обойменного бетона поднимают обсадные трубы. После укладки обойменного бетона дают выдержку в течение 18-24 ч для его твердения. Далее производят подготовку к обработке участков грунта длиной по 330 мм по длине скважины с помощью химической закрепляющей композиции. Обработку грунта ведут от устья ко дну скваш5ны. Для закрепления грунта используют двухкомпонент- ную композицию на основе жидкого стекла и полиизоцианата. На первом этапе обработки участка грунта гидроразрыв обойменного бетона и грунта производят жидким стеклом с плотностью 1,14 г/см под давлением 8,5 МПа (расчетное давление, .определяемое по выражению (1), составляет 9,1 МПа). Дальнейшую обработку грунта осуществляют по двухкомпонентиой схеме под давлением 4,5 МПа. После окончания обработки участка грунта инъектор заполняют жидким стеклом с плотностью 1,4 г/см и выдерживают давление в инъекторе 5,0 МПа до начала гелеобразования композиции. Геле- образование композиции фиксируют по взятым до начала инъекционных работ пробам.

Формула изобретения

1. Способ упрочнения грунта,включающий бурение скважины, установку в ней инъектора, герметизацию кольцевого зазора между инъектором и стен- ками скважины и нагнетание через инъектор в грунт на отдельных участках скважины закрепляющей композиции до насьщ ения грунта, отличающийся тем, что, с целью повы- шения прочности упрочненного грунта и увеличения радиуса упрочнения, на каждом участке скважины перед нагнетанием закрепляющей композиции осуществляют гидроразрыв грунта путем

1604

нагнетания в него нетвердеющей: жидкости под давлением, определяемым

из соотношения

PI

УН (1+23 I tg I)

Р - давление гидроразрыва;

t - предельное напряжение сдвига герметизирующего кольцевой зазор материалаj д - ширина кольцевого зазора между инъектором и стенками скважины d - диаметр отверстия в инъ-

екторе,

.У - удельная масса грунта; Н - глубина заложения скважины;

h - расчетная глубина гидроразрыва ,

- угол внутреннего трения закрепляющей композиции, этом нагнетание закрепляющей комции осуществляют под давлением, деляемым из соотношения

1

а D Ч

t. + Р

где Pj давление насьщ1ения

- коэффициент пористости г

rpyHTaj D - средневзвешенный диаметр

зерен грунта а - расстояние между трещинами

гидроразрыва J

Т, - предел текучести закрепляющей композиции, Р - давление воды в порах грунта,

а после окончания насьщ1ения грунта закрепляющей композицией инъектор на участке упрочнения вновь заполняют нетвердеющей жидкостью, которую выдерживают в нем до начала гелеобразования закрепляющей композиции под давлением, равным давлению насыщения.

2. Способ ПОП.1, отличающийся тем, что в качестве нетвердеющей жидкости используют один из компонентов закрепляющей композиции.

Изобретение относится к способам химического упрочнения неустойчивого грунта при строительстве подземных сооружений, позволяет повысить прочность упрочненного грунта и увеличить радиус упрочнения. После введения инъектора (И) в пробуренную скважину (с) кольцевой зазор между ними заполняют обойменным бетоном. Через 18-24 ч производят упрочнение грунта. Для этого определяют параметры нагнетания: необходимое давление гидроразрыва Р и давление насыщения грунта Р,, по выражениям Г 1 141-а /d Ьн(1+271 h/d tg Г)} -i a/ D- f.+ Р, где t- предель 1/, нов напряжение сдвига герметизирующего кольцевой зазор материала, МПа; U- ширина кольцевого зазора между И и С, мм, d - диаметр отверстия в И, мм , удельная масса грунта, г/см , Н - глубина заложения С, м h - расчетная глубина гидроразрыва, м; I - угол внутреннего трения закрепляющей композиции (ЗК),град; 6. - коэффициент пористости грунта; D - средневзвешенный диаметр зерен грунта, мм; а - расстояние между трещинами гидроразрыва; м; t, - предел текучести ЗК, МПа; Р - давление воды в порах грунта, МПа. На каждом участке в И подают нетвердеющую жидкость - один из компонентов ЗК. При давлении, равном Р, происходит гидрораз рыв обойменного бетона и грунта вокруг С. Образованные искусственным путем трещины в - грунте заполняют ЗК путем ее нагнетания под давлением, не превышающим Р . Пропитку грунта производят до полного насыщения его ЗК. После окончания насыщения И заполняют нетвердеющей жидкостью, которую выдерживают до начала гелеоб- . .разования ЗК. После этого давление в И снимают и обработку грунта повторяют на следующем участке. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. 1(Л 1С 00 СП О)

-is

Редактор Г. Гербер

Составитель Л. Березкина

Техред И.Попович Корректор . Пилипенко

Заказ 7621/35 Тираж 455Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4

Л «

1