Способ укрепления грунта Советский патент 1992 года по МПК E02D3/12 

Изобретение относится к строительству, в частности к укреплению слабых грунтов в основаниях зданий и сооружений с помощью струйной технологии.

Цель изобретения - сокращение затрат материала и энергии.

На фиг.1 схематически изображено укрепление грунта и скважин, по варианту бурения скважины расчетного диаметра; на фиг. 2 - то же, по варианту струйного расширения скважины до расчетного диаметра; на фиг. 3 - то же, по варианту механического расширения скважины до расчетного диаметра.

Способ осуществляют следующим образом.

В укрепляемом грунте образуют скважину 1 расчетного диаметра d с удалением из нее грунта до полной глубины укрепления. В скважину 1 опускают до забоя струйный монитор 2 с боковыми соплами 3, подают через них струи укрепляющего, например цементного, раствора 4 и ведут подъем монитора 2 с вращением или поворотами его вокруг продольной оси. Струи укрепляющего раствора 4 разрушают грунт в стенках скважины 1 и перемешиваются с ним, образуя растворогрунтовую пульпу, которая после затвердевания образует колонну укрепленного грунта 5 диаметром D. Растворогрунтовая пульпа образуется в объеме, равном объему колонны 5, и не изливается на поверхность. Для этого укрепXIсо со ел о XI

ляющий раствор 4 подают в объеме Vp, определяемом по расчетной зависимости.

Диаметр скважины d и объем подачи укрепляющего раствора Vp определяют по расчетным зависимостям:

оУТ

а

1 - n + W ус + А 1

Vr

яо2н.

1 - n + W ус + А

где D d+2l - диаметр колонны укрепленного грунта;

I - дальность размыва грунта струей раствора от стенки скважины;

Н - глубина колонны укрепленного грунта;

а 1,0-0,5 - коэффициент степени удаления грунта при образовании скважины;

n - пористость грунта в естественном залегании, в долях единицы;

W - влажность весовая грунта;

ус - объемный вес скелета грунта в естественном залегании, г/см ;

А Vp/Vr - коэффициент укрепления грунта;

Vp, Vr - объемы раствора и грунта в колонне укрепленного грунта.

Расход подачи раствора Qp определяют по зависимости

п УрУпга

°р -н-w

где vn - скорость продольного перемещения монитора.

Коэффициент а- 1,0 при полном удалении грунта из скважины 1 и уменьшается до а 0,5 при неполном его удалении.

Коэффициент укрепления грунта А может быть выражен через весовое соотношение цемента и грунта в составе колонны укрепленного грунта:

fyrO-nX +f), И)

где ц - масса цемента в составе колонны укрепленного грунта;

г - масса грунта в составе колонны укрепленного грунта;

уг - плотность (удельный вес) грунта;

УЦ - плотность (удельный вес) цемента;

в/ц - водоцементное отношение (консистенция) укрепляющего раствора.

Образование скважины 1 может быть осуществлено по нескольким вариантам. Первый из них (фиг. 1)-бурение скважины 1 расчетным диаметром d. Этот вариант в связи с увеличенным диаметром бурения может быть использован при свободной для производства работ поверхности грунта. В случаях укрепления грунта под существующим

10

зданием или сооружением бурение скважины целесообразно вести малым диаметром do и затем расширять ее до расчетного диаметра d. Диаметр do должен превышать диаметр опускаемого в скважину монитора 2. Расширение скважины может быть осуществлено с помощью дополнительных струй 6 воды или воздуха с абразивным материалом, например, песком (фиг.2). В случае использования водяных дополнительных струй 6 подачу струй раствора 4 можно вести в сопровождении воздуха. Для этого монитор 2 должен иметь дополнительные каналы и боковые сопла. Расширение сква- 15 жины от диаметра d0 до расчетного диаметра d может быть осуществлено также с помощью механического раздвижного расширителя 7 с удалением разрушенного грунта потоком воды или воздуха (фиг.З). В двух последних вариантах удаление грунта при расширении скважины может быть неполным, что учитывается коэффициентом а в расчетной зависимости диаметра скважины.

Бурение скважины 1 можно вести с помощью монитора 2, который оснащается для этого буровым наконечником 8.

Пример. Для укрепления лессового просадочного грунта предусмотрено создание группы колонн укрепленного грунта по указанной технологии. Лессовый грунт имеет удельный вес УГ 2,7 г/см3, объемный вес скелета ус 1,36 г/см3, пористость п 0,45 и естественную влажность W 0,2, Колонны укрепленного грунта предусмотрены глубиной Н 10 м с прочностью материала на сжатие 10 кгс/см2. Лабораторными исследованиями и опытными работами установили, что заданная прочность может быть получена при весовом соотношении цемента и грунта ц/г 0,3, а дальность размыва грунта затопленной высоконапорной струей цементного раствора оставляет I 0,2 м. Бурение скважин предусмотрено проводить расчетным диаметром d с полным удалением грунта (а 1), а укрепление грунта - цементным раствором консистенции в:ц 1.

Определяем коэффициент А по формуле (4):

,3х2,7(1-0,45)х(--М)0,59.

20

25

30

35

40

45

50

Определяем диаметр скважины d по 55 формуле (1), приняв D d+2l d+0,4 м:

dKd+0.4)YT + 0 j х 1136 + Г откуда d 0,47 м.

Диаметр колонны укрепленного грунта составит D 0,47 + 0,40 0,87 м.

Определяем объем раствора Vp на одну колонну укрепленного грунта поформуле(2) и расход подачи раствора QP по формуле (3) при скорости подъема монитора vn 0,2 м/мин:

314х0.87гх10

0.59

1 -0.454-0.2x1.36+0.59

-2,48м1

Qp 2.48x0.2 0iQ5M3/MMH

Рассчитанные параметры используют для технологического процесса укрепления грунта. В грунте образуют скважину глубиной 10м, диаметром 0,47 м; бурение ведут с удалением грунта промывкой с использованием монитора, оснащенного буровым долотом. После достижения заданной глубины прекращают подачу промывочной жидкости и через боковые сопла монитора начинают подачу высоконапорных струй укрепляющего цементного раствора консистенции в/ц 1 с расходом 0,05 м3/мин. Приводят монитор во вращение и ведут его подъем со скоростью 0,2 м/мин, при этом из скважины изливается промывочная жидкость, вытесняемая образующейся под ней растворогрунтовой пульпой. В результате после твердения раствора образуется колонна укрепленного грунта диаметром 0,87 м.

Технологический процесс образования колонны укрепленного грунта проходит без излива растворогрунтовой пульпы, что позволяет сократить до необходимого минимума затраты укрепляющего материала, труда и энергии с получением требуемых свойств укрепленного грунта.

0

Формула изобретения Способ укрепления грунта, включающий образование скважины с удалением грунта и подачу укрепляющего раствора перемещаемой снизу вверх поворачиваемой вокруг оси скважины струей с образованием колонны укрепленного грунта, отличающийся тем, что, с целью сокращения затрат материала и энергии, образование скважины ведут диаметром, определяемым из зависимости

d DYlа

1 - n + W ус + А

а подачу раствора осуществляют в объеме, определяемом по зависимости

Vn

JTD2H

20

1 - n + W ус + А

5

0

5

где d - диаметр скважины;

D - диаметр колонны из укрепляемого грунта, равный d+2l;

I - дальность размыва грунта струей раствора от стенки скважины;

Н - высота колонны из укрепленного грунта;

а - коэффициент степени удаления грунта при образовании скважины, равный 0,5-1,0;

n - пористость грунта в естественном залегании в долях единицы;

W - влажность весовая в естественном залегании;

ус - объемный вес скелета грунта;

А - коэффициент укрепления грунта, равный Vp/Vr;

Vp, Vr - объем раствора и грунта в колонне.

Изобретение относится к строительству, в частности к укреплению слабых грунтов в основаниях зданий и сооружений с помощью струйной технологии, и направлено на сокращение затрат материала и энергии. Это достигается тем, что образование скважин ведут диаметром, определяемым из зависимости d (1-n+Wye -A)1/2, а укрепляющий раствор вводят в грунт в объеме, определяемом по зависимости Vp л D2H/4 A/(1-n+W ), где I - дальность размыва грунта от стенки скважины, диаметр колонны из укрепленного грунта D d+2l; H - высота колонны; а - коэффициент степени удаления грунта при образовании скважины; п - пористость грунта в долях единицы; W - влажность грунта; ус- объемный вес скелета грунта; А - коэффициент укрепления грунта (Vp/Vr); Vp и Vr-объем раствора и грунта в колонне. 3 ил. СО

В

Фиг. 1