Способ термического укрепления макропористого грунта Советский патент 1987 года по МПК E02D3/11 

Изобретение относится к строительству, в частности к укреплению оснований фундаментов, возводимых на макропористых грунтах, путем термического воздействия с ликвидацией их просадочных свойств.

Цель изобретения - снижение энергозатрат.

На чертеже изображена скважина и размещение оборудования и средств для контроля отдельных процессов, вертикальный разрез.

Способ осуществляется следующим образом.

Вначале бурят скважину 1 и шпуры 2, размещенные по внещнему контуру 3 укрепляемого массива грунта 4, через которые осушают грунт 4 вакуум-насосами 5 до массовой влажности, определяемой из следующей зависимости, что фиксируется непосредственным Отбором проб грунта из щпу- ров 2:

дл . т jQ( « G,

(i;

где Т -температура конденсации паров влаги, °С;

Сх - теплоемкость грунта при- температуре Tj(, МДж/кг °С;

Сд - скрытая теплота парообразования, МДж/кг.

После этого в скважину 1 устанавливают блок 6, содержащий электронагреватель 7, трубопроводы 8 для подачи сжатого воздуха, диафрагмы с термостойкими сальниками 9, разделяющими скважину 1 на равные по высоте участки, и опорную плиту 10. Затем герметизируют скважину 1 затвором 11 с патрубком 12 для визуального наблюдения за процессами внутри скважины 1 и опробуют всю систему на герметичность. После этого электронагреватель 7 через один участок подключают через трансформатор 13 к электросети 14 и подают в эти участки сжатый воздух по трубопроводу 8 в количестве, необходимом для генерации нагретых газов с температурой 1200-1600°С, регулируя его вентилями 15. Одновременно в другие участки подают сжатый воздух при отключенных электронагревателях 7. Продолжительность нагнетания в грунт 4 горячих газов определяется из зависимости

,..,vaiJ.).

(2)

е Тг - продолжительность периодов нагнетания в грунт горячих газов, ч;

Vr - скорость горячих газов на входе в грунт, м/ч;

v - скорость сжатого воздуха на входе в грунт, м/ч;

Тг - температура горячих газов на входе в грунт, °С;

Гр - температура укрепления грунта на внешнем контуре, °С.

1308705

5

Подачу сжатого воздуха продолжают до окончания периода, определяемого из зависимости (2).

Затем участки нагнетания в грунт нагретых газов и сжатого воздуха меняют местами и процесс термического укрепления грунта 4 продолжают, пока расчетная температура устранения просадочных свойств грунта, например 350-400°С, не до- 0 стигнет внешнего контура 3. После чего оборудование демонтируют, а ствол скважины 1 заполняют местным грунтом, его смесями или бетоном. Сжатый воздух генерируют в компрессорных установках 16, а температуру грунта 4 контролируют термопарами 17 с приборами 18.

Пример. На участке строительства выполнялось термическое управление макропористого грунта влажностью 0,19 и 0,38 на глуQ бину 12 м. Температура конденсации влаги 7п 100°С. Скважина 1 и шесть шпуров 2 по внешнему контуру 3 укрепляемого грунта 4 пробурены установкой УГБ-50, шпуры 2 оборудовались вакуум-насосами 5 и осуществлялось осушение грунта 4 до массовой влажности, равной согласно зависимости (1) М 0,04. Затем вакуум-насосы 5 отключались, а в скважине I монтировался блок 6, включающий сборку электронагревателя 7 из сплавов с 1660°С, трубопроводов 8 для подачи воздуха, диаф0 рагмы с термостойкими сальниками 9 из такого же сплава, разделяющие высоту скважины 1 на равные участки по 2 м, и опорную плиту 10 из динасового кирпича. Затем скважина загерметизирована затвором 11 с патрубком 12 для визуального наблюдения за процессами внутри скважины 1, вся система опробована на герметичность. Электронагреватели 7 подключались через печной трансформатор 13 к внешней сети 14. Трансформатор 13 обеспечивал силу тока 2200 и

0 2500 А и напряжение 24 и 36В. Сжатый воздух подавался в каждый из участков по трубопроводам 8 от компрессорной установки 16 с регу.лированием вентилями 15. Применялись компрессоры 16 с производительностью 5-6 M /мини избыточным давле5 нием на ресивере 0,5-0,6 МПа. Контроль температурного поля осуществлялся с помощью системы термопар 17 и самопишущих приборов 18. Термопары 17 устанавливались в шпуры 2. Контроль влажности грунта при осущении выполнялся через шпуры 2 непо0 средственным отбором проб и испытанием влажности грунта непосредственно на месте с помощью переносной полевой лаборатории. Периоды подачи сжатого воздуха рассчитаны в соответствии с зависимостью (2).

Расчет технологических параметров приведен в таблице.

5

5

Для работ принято по 5 периодов подачи сжатого воздуха и нагнетания в грунт горячих газов (К-5). Укрепляемый макропористый грунт вокруг каждой скважины имел размеры по контуру температуры Tf 400°С, ограниченные радиусом, равным 1 м. Общий объем укрепленного грунта был равен 50 м.

1600 1400 1200

14000 12800 12000

2,5 2,0 1,5

1,2 1,4 2,0

976

51 42 АО

1680 1792 2400

Таким образом, предлагаемый способМ ,

дает возможность сократить расход тепла в -

1,33-1,9 раз при сокращении длительности Q а продолжительность периода нагнетания процесса в 1,18-1,5 раза.воздуха т, - из зависимости

Формула изобретения

Способ термического укрепления макро- пористого грунта, включающий бурение сква- жины, ее герметизацию, генерирование потока горячих газов и поочередное нагнетание в грунт через участки скважины горячих газов и сжатого воздуха, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат, перед бурением скважины осуществляют осу- щение укрепляемого массива путем его вакуумирования через щпуры, нагнетание горячих газов ведут при их температуре, равной 1200-1600°С, а высоту участков скважины принимают одинаковой, при этом осущение укрепляемого массива производят до массовой влажности, М определяемой из зависимости

Работы выполнялись предлагаемым способом раздельно для грунта влажностью М 0,38 (полное влагонасыщение), грунта влажностью Af 0,19 и после осушения до влажности М 0,04 и, кроме того, для грунта после его предварительного осушения до влажности М 0,04 известным способом. Сравнительные данные приведены в таблице.

1000

10200

1.3

60 3200

т- т- vr(Tp-Tp)

« - f v« Тр где Tjj 5 0

5

г и

г

tl

т.- -

V,

Т, температура конденсации паров влаги, °С;

теплоемкость грунта при температуре 7 , МДж/кг °С; скрытая теплота парообразования, МДж/кг;

продолжительность периодов нагнетания горячих газов в грунт, ч; скорость горячих газов на входе в грунт, м/ч;

скорость сжатого воздуха на входе в грунт, м/ч;

температура горячих газов на входе в грунт, °С;

температура укрепления грунта на внешнем контуре. °С.

/////////////

Изобретение относится к области строительства, в частности к укреплению оснований фундаментов, возводимых на макропористых грунтах, путем термического воздействия с ликвидацией их просадочных свойств. Изобретение направлено на снижение энергозатрат. Это достигается тем, что перед бурением скважины осуществляют осушение укрепляемого массива путем ваку- умирования. Газы ..:.гнетают в грунт с температурой, равной . 00-1600°С. Горячие газы и воздух нагнетают поочередно через участки скважины с равной высотой. Приводятся математические зависимости для определения массовой влажности при осушении и продолжительности периода нагнета- . ния воздуха. 1 табл., ил. ё (Л СХ) о 00 о ел