Способ создания конструкций искусственных оснований в грунте Советский патент 1991 года по МПК E02D5/44 E02D3/11 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении свай, уплотнении грунта и иных работах, связанных с созданием конструкций искусственных оснований в грунте.

Цель изобретения - повышение эффективности за счет снижения энергозатрат и повышения несущей способности.

На фиг. 1 изображена эпюра разряда высоковольтных электрических импульсов в режиме закрепления грунтов: на фиг. 2 - то же, в режиме уплотнения грунтов при изготовлении свай; на фиг. 3 - то же, в режиме формирования опор глубокого заложения; на фиг. 4 - то же, в режиме квазистатики.

Способ осуществляют следующим образом.

В грунте бурят скважину и подают в нее электропроводный твердеющий раствор. Одновременно электроразрядником подают серию высоковольтных электрических разрядов, которые формируют деформирующие усилия. Деформирующее усилие формируют последовательной подачей возрастающих и спадающих по величине импульсов с выдерживанием в промежутке заданного значения или возрастающих до заданного значения и спадающих по экспоненциальной зависимости импульсов и последующим их наложением фаз. При уплотнении грунта длительность возрастания импульса принимают равной 500 мкс, а при разрушении грунта с экспоненциальной зависимостью импульсов - в пределах 10- 100м с. .

Г

шшА

о

00 СЛ

В качестве электропроводных твердеющих растворов применяют растворы на основе цемента или синтетических вяжущих. Высоковольтные электрические разряды возбуждают в одном или нескольких местах формируемой конструкции, получая режим бегущей волны. При этом в разных местах импульсы возбуждают одновременно или в заданной последовательности, что позволяет формировать конструкцию с различной прочностью в различных ее точках,

В зависимости от вида конструкции и свойств грунтов целесообразно формирование деформирующих усилий осуществлять путем получения комбинированного электрического разряда в диапазоне частот f 0,1- 5 Гц (длительность импульса т от 30 мкс до 10 с, переменная энергия 3-200 кДя$. Иногда при выборе параметров немаловажным является и скорость нарастания и спада результирующего воздействия. При этом дли- тельность переднего фронта может колебаться от 10 мкс при режиме разрушения хрупких материалов до 500 мс при режиме уплотнения грунта. Длительность заднего фронта также изменяется от 20 мкс при разрушении хрупких материалов до 500 мкс при изготовлении опор глубокого заложения.

Пример 1. Режим закрепления грунта (фиг. 1). Частоту формирующих общее воздействие импульсов выбирают в диапазоне f 1 -5 Гц, длительность импульсов т 100- 500 мкс, энергия воздействия - не менее 3 кДж. В этом режиме форма воздействия нарастающая, а давление, возникающее в момент разряда на стенки скважины, не превышает предела прочности грунта на разрушение, В момент разряда избыточное давление в поровой воде повышается, следующий импульс прикладывается до спада избыточного давления. Под действием постоянно действующего давления, возникающего в момент разряда, начинается интенсивное перемещение воды от источника возбуждения, а освобождающиеся поры грунта заполняются закрепляющим раствором. Проникновение закрепляющего раствора в грунт продолжается до тех пор, пока работает источник возбуждения. Этот режим реализуется одним разрядником, помещенным в место закрепления грунта, и последовательными зарядом и разрядом накопительной емкости.

П р и м е р 2. Уплотнение грунта (фиг. 2). Этот режим представляет собой последовательные накладывающиеся один на другой разряды с нескольких разрядников, помещенных в одно место. В результате

возникает нарастающее деформирующее усилие с длительностью переднего фронта до 500 мс. При уплотнении грунта энергия (10 кДж) и давление первого импульса, действующего на стенки скважины, не должны превышать предела прочности грунта. В противном случае начинается процесс разрушения и разуплотнения грунта. В результате первого воздействия массив грунта,

0 окружающий источник возбуждения, приходит в движение, т.е. начинается процесс консолидации частиц грунта. До окончания процесса консолидации грунта производят последовательно серию электрических раэ5 рядов, каждый из которых обладает большей энергией, чем предыдущий, и далее давление на стенки скважины поддерживается в течение времени от 500 мкс до 0,5 с. Затем процесс повторяется. При таком ре0 жиме достигается максимальное уплотнение грунта. Формирование массива грунта с заданными физическими свойствами осуществляют количеством импульсов, которое может быть до 8, частота их следования

5 f 0,1-0,5 Гц.

П р и м е р 3. Режим формирования конструкций опор глубокого заложения (фиг. 3). В этом режиме разрядники собирают в пакет(3- шт.) и опускают в место созда0 ния конструкции, в которое одновременно подают закрепляющий раствор и осуществляют серию разрядов. Начальную форму давления формируют одновременным разрядом всех разрядников. При этом форма

5 каждоге последующего формирующего импульса должна быть меньше предыдущего, а давление, возникающее от первого импульса, должно быть больше структурной прочности грунта, т.е. не менее 20 кДж. В

0 этом случае происходит разрушение грунта в результате первого импульса, а в результате дальнейшего затягивания импульса возникают растягивающие напряжения, которые разрывают грунт и способствуют

5 интенсивному проникновению в образующиеся трещины закрепляющего материала. Кроме того, одновременное производство разрядов приводит к отражению взрывных волн друг от друга (явление

0 интерференции) и образованию отраженной волны. Давление в скважине при этом повышается в 2-3 раза, После смыкания скважин между собой снижают энергию воздействия и разряды производят после5 довательно на каждом электроде. При этом форма импульса электрического тока должна быть крутой г 10-100 мкс. При такой форме импульса энергия выделяется в большей степени в виде ударной волны. При этом в смеси грунта, перемещенного с закрепляющим раствором, под действием ударных волн происходят кавитационные процессы, обеспечивающие получение однородного материала в скважине и его диспергирование. Время спада (длительность воздействия) равна гс 0,3-0,5 мс.

Пример 4. Комбинированное воздействие. При изготовлении набивных свай в слабых водонасыщенных грунтах или улучшении их физико-механических свойств применяют комбинированный способ воздействия. При этом предварительно одним разрядником осуществляют закрепление грунта импульсами, как показано на фиг. 1, а затем переходят к режиму уплотнения грунта при одновременной работе нескольких разрядников, формируя воздействие на грунт, как показано на фиг. 2.

П р и м е р 5. Режим изготовления вытрамбованных котлованов. При этом про- изводят бурение нескольких скважин. Вставляют в каждую по одному или несколько разрядников. Одновременно вводят затвердевающий раствор и формируют в каждой скважине заданное деформирую- щее усилие для того, чтобы обеспечить разрушение грунта между скважинами. Вид режима (импульса) на 1-м этапе может быть таким, как показано на фиг. 3. Затем последовательно в каждой скважине или одновременно обеспечивают режим квазистатики (фиг. 4) или изготовления сваи (фиг. 2). Частота следования импульсов на 1-м этапе f 0,3-1,0 Гц.

Пример 6. Режим бегущей волны. В этом режиме разрядники располагают по вертикали с шагом, обеспечивающим тот

или иной технологический режим работы каждого разрядника, а именно режим закрепления, режим уплотнения и изготовления сваи, комбинированное воздействие. Кроме того, обеспечивается требуемый режим последовательности работы каждого разрядника для обеспечения бегущего разряда. Частота следования разрядников не каждом электроразряднике и их количество на каждом горизонте могут быть разными. Предложенный способ повышает эффективность за счет снижения энергозатрат на 30-80% и повышения несущей способности конструкций на 20-50%.

Формула изобретения Способ создания конструкций искусственных оснований в грунте, включающий бурение скважины, подачу электропроводного твердеющего раствора с одновременной подачей серий высоковольтных электрических разрядов, создающих деформирующее усилие,отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности за счет снижения энергозатрат и повышения несущей способности, деформирующее усилие формируют последовательной подачей возрастающих и спадающих по величине импульсов с выдерживанием в промежутке заданного значения или возрастающих до заданного значения и спадающих по экспоненциальной зависимости импульсов и последующим наложением фаз последних, причем при уплотнении грунта длительность возрастания импульса принимают равной 500 мкс, а при разрушении грунта с экспоненциальной зависимостью импульсов - в пределах 10-100 мкс.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении свай, уплотнении грунта и иных работах, связанных с созданием конструкций искусственных оснований в грунте. Изобретение направлено на повышение эффективности за счет снижения энергозетрат и повышения несущей способности. Достигается это тем, что в грунте бурят скважину и подают а нее электропроводный твердеющий раствор. Одновременно электроразрядником подают серию высоковольтных электрических разрядов, которые формируют деформирующие усилия. При этом разряды подают последовательно в виде возрастающих и спадающих по величине импульсов с выдерживанием в промежутке заданного значения или возрастающих до заданного значения и спадающих по экспоненциальной зависимости импульсов и последующим их наложением фаз. При уплотнении грунта длительность возрастания импульса принимают равной 500 мкс, а при разрушении грунта с экспоненциальной зависимостью импульсов - в пределах 10-100 мкс. 4 ил. Ё

Фиг.1

Фиг4