Способ термического укрепления грунта Советский патент 1988 года по МПК E02D3/11 

оо

О5 О5

ел

со

00

Изобретение относится к строительству на связных мерзлых грунтах путем их укрепления термическим воздействием с образованием опоры.

Цель изобретения - обеспечение возможности работ при сезонном замерзании грунта.

На фиг. 1 показана технологическая схема с размещением оборудования до утирания скважины; на фиг. 2 - то же, после уширения скважины взрывом.

Способ осуществляется следующим образом..

Вначале бурят скважину 1 диаметром 50-70 мм на глубину 2 ниже сезонного промерзания 3 грунта. Затем в скважину 1 устанавливают электронагреватель 4, соединенный через тран- сформатор 5 с внешним источником 6 электроэнергии. В забое скважины 1 электронагреватель 4 фиксируется прокладкой 7. После включения электронагревателя 4 грунт нагревается до полного таяния льда на внешнем контуре 8 укрепляемого массива, радиус которого определяют из зависимости

R - G - к;-с„

СП .со

G - G

(1)

где G - степень влажности грунта

в природном состоянии; Gg - степень влажности грунта

при таянии в нем льда; RP - радиус скважины, м; радиус уширенной взрьшом

скважины, м.

После этого электронагреватель 4 извлекают из скважины 1 и погружают в скважину 1 удлиненньм заряд в гидроизоляционной оболочке (не показано) и взрывают его без выброса грунта на поверхность. Мощность заряда рас- считывается по известным закономерностям в зависимости от требуемого диаметра ствола из условий несущей способности. В результате действия взрыва заряда образуется уплотненный слой 9 грунта а содержащаяся в нем влага отжимается в кольцевой слой 10 между уплотненным слоем 9 и внещним контуром 8 укрепляемого массива грунта. Затем в скважину 1 из бункера 11 постепенно погружают грунтовые смеси 12 из местного грунта с добавками, предварительно установив в скважине 1 электронагреватель 4, который по

р

5

0

5

0 5 0 5

мере заплавления ствола скважины 1 расплавом 13 извлекают из скважины 1. При этом температуру в стволе поддерживают около 1200°С, что превьша- ет в 4-6 раз температуру в скважине 1 в процессе нагревания грунта до полного таяния льда на внешнем контуре 8, которая составляет 300-200 С, что исключает резкое испарение влаги из ствола скважины 1, закрытой при этом негерметическим затвором 14. Контроль за распространением контура 8 полного таяния льда осуществляется через открытые шпуры 1У отбором из них проб.

При необходимости увеличения несущей способности грунтовой опоры забой скважины уширяют (не показано). При заплавлении ствола скважины 1 могут использоваться и другие источники тепловой энергии, например сжигание топливных смесей известными способами.

Предлагаемая технология выполнения способа основана на следующих закономерностях,.

Бурение скважин ниже глубины промерзания грунта позволяет обеспечить устойчивость термогрунтового образования по подошве. Это способствует также более интенсивному оттаиванию грунта от забоя восходящими потоками тепла.

Генерация тепла перед взрывом заряда определяется условием обеспечения миграции влаги.от стенок шпура в радиальном направлении, что невозможно сделать в неоттаенном грунте из-за наличия в порах льда. Взрыв обеспечивает отжатие влаги из расчетного объема, практически мгновенно. Он дает возможность создавать скважину заданного расчетом размера. Взрыв образует уплотненньш в стенках грунтовый слой, который обеспечивает гидроизоляцию стенок от проникания в ствол отжатой влаги.

Нагревание грунта до полного оттаивания льда на внешнем контуре укрепляемого массива обеспечивает полное освобождение от льда порого - вого пространства и свободное заполнение его отжимаемой взрывом водой.

Образование вокруг ствола из расплава грунта равномерно распределенной оболочки из насьщенного влагой талого грунта устраняет развитие горизонтальных сил сдвига при замерзании грунта, т.е. обеспечивает устойчивость термогрунтового образования. Совокупность уплотненного слоя грунта в стенке скважины и расплава грунта при температуре около с водонасьпценной оболочкой вокруг заплавляемой скважины создает скачок градиента температур, что приводит к разрушению кристаллической решетки грунта, уменьшению сил сцепления его с термогрунтовым образованием и в конечном счете - повьш1ению несущей способности термоукрепленно- го грунта.

Пример. На строительной экспериментальной площадке осуществлялось термическое укрепление покровного суглинка в опоре. Глубина сезонного промерзания 1,8 м. Степень влажности грунта в природном состоянии GQ 0,5. Требуемая расчетом средняя прочность на сжатие термогрунтовой опоры (по прочности материала) 12 МПа при радиусе R 0,15 м Температура устойчивого плавления суглинка 1150-1200°С.

Скважина I была пройдена в виде шпура диаметром 50 мм установкой УГБ-50 с насадкой на глубину 2, равную 2,5 м, т.е. ниже глубины 3 сезонного промерзания на 0,7 м. После этого в скважину 1 был установлен электронагреватель 5 из полосовых электродов сплавов ОХ23Ю5А, соединенный через печной трансформатор 5 типа ТПО 250/40/ПКУ-4 к внешней сети 6. Для фиксации нагревателя 4 в забое скважины была установлена прокладка 7 из керамики. После включения электронагревателя 4 в скважине 1 поддерживалась температура 300- 200°С в течение 23-19-17 ч (соответственно на трех опорах), пока на внешнем контуре укрепляемого массива грунта 8 полностью не растаял лед/ Согласно завивисмости (l) для реальных условий R 0,24 м..

Затем электронагреватель 4 демонтировали, в шпуры-скважины 1 устанавливали удлиненные заряды из аммо- нитовых парафинированных патронов диаметром 50 мм и подрывали их без выброса грунта на поверхность.с образованием скважины диаметром 0,3 м. После проветривания стволов скважин 1 уплотненные взрывами стенки скважин 1 полностью защищали стволы от проникновения в них отжатой взрывом

влаги. После этого в скважины 1 устанавливались электронагреватели 4, а из бункеров 11 постепенно подавался предварительно высушенный и размельченный местный грунт 12, в стволах 1 создавалась температура около 1200 С и по мере расплава 13 грунта нагреватели 4 извлекались из стволов скважин 1. Для монтажа бункеров 11 и фиксации электронагревателей 4 скважины 1 защищались негерметически ми затворами 14. Контроль за радиусом распространения фронта таяния льда осуществляется через открытые шпуры 15, пробуренные установкой УГБ-50 одновременно с бурением шпуров 15, отбором проб воды и измерением ее температуры термометрами.

После этого испытывали несущую способность термогрунтовых опор пробными статическими нагрузками стандартными способами с использованием установки. Одновременно был укреплен суглинок в опоре известным способом.

Результаты приведены в таблице.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает возможность укрепления грунтов в сезонно-мерзлом состоянии с более высокой несущей способностью укрепленного грунта и меньшей стоимостью работ.

35

Формула изобретения

0

5

Способ термического укрепления грунта, преимущественно в виде опоры, включающий бурение скважины, размещение в ней удлиненного заряда взрывчатого вещества, инициирование взрыва заряда, генерирование в сква-: жине потока тепловой энергии, нагревание грунта с повышением температуры потока в конце процесса и заполнение скважины расплавленным грунтом, отличающийся тем, что, с целью обеспечения выполнения работ при сезонном замерзании грунта, бурение скважин ведут на глубину сезонного промерзания грунта, размещение в скважине заряда и инициирование его взрыва осуществляют после нагревания грунта, а последнее производят потоком тепловой энергии с температурой 5 200-300 0 до таяния в грунте льда в пределах контура его укрепления, причем радиус контура укрепления определяют из зависимости

0

R

R2 G - R2. G

on о с

G - а„

где G - степень влажности грунта

G - степень влажности грунта

при таянии в нем льда; RP - радиус скважины, м; R - радиус уширенной взрывом

ОП

скважины, м.

Изобретение относится к области строительства на связных мерзлых грунтах путем их укрепления термическим воздействием с образованием опоры. Изобретение направлено на обеспечение выполнения работ при сезонном замерзании грунта. Это достигается тем, что скважины бурят ниже глубины сезонного промерзания грунта. Размещение в скважине зарядов взрывчатого вещества и инициирование их взрыва производится после нагрева грунта. Нагревание ведется тепловым потоком с температурой 200-300°С до таяния образовавшегося в грунте льда в пределах укрепляемого грунта. Приводится математическая зависимость для определения радиуса контура укрепления грунта 1 табл., 2 ил.

Длительность процесса, ч

Несущая способность опоры, тс

Себестоимость 1 м укрепленного грунта, руб

48

18

52,4

38

43

37,6

32

36

38,2

30

31

40,7

П р и м е ГГн 7 е7 ра сТ1ла;Ген;Ггрунта известным способом Р производилось в обсадке из стальных труб

диаметром 0,3 м с постепенньм их подъемом,

сжигалось жидкое топливо.

38

32

30

43

36

31

37,6

38,2

40,7