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

Изобретение относится к области строительства, в частности к укреплению слабых грунтов в основаниях зданий и сооружений с использованием струйной технологии.

Цель изобретения - снижение затрат.

Способ поясняется чертежами, на которых показано: на фиг. 1 - схема осуществления способа в разрезе; на фиг. 2 - план дискретного расположения колонн укрепленного грунта; на фиг, 3 - план сплошного расположения колонн укрепленного грунта, на фиг. 4 - схема к расчету расстояния между осями колонн.

Способ осуществляют следующим образом.

В подлежащем укреплению массиве грунта 1 образуют дополнительную скважину 2 расчетным диаметром ЬДОп и глубиной

h. Затем образуют направляющую скважину 3 диаметром do на полную глубину Н укрепления грунта и опускают в нее до забоя струйный монитор 4 с боковыми соплами. Образование направляющей скважины 3 возможно с помощью монитора 4, для чего последний оснащают буровым наконечником и буровым приводом. От устья направляющей скважины 3 в дополнительную скважину 2 прокладывают трубопровод или лоток 5. В монитор 4 подают под давлением укрепляющий раствор (в сопровождении сжатого воздуха или без него), который истекает из боковых сопел в виде струй 6, и ведут подъем монитора 4 с вращением или без вращения. Перемещаясь, струи 6 укрепляющего раствора размывают прилегающий к стенкам направляющей скважины

Ч

О Сл СЛ Х| hO

грунт и перемешивают его с раствором, образуя колонну из укрепленного грунта 7. При этом избыток растворогрунтовой пульпы 8 поступает из устья направляющей скважины 3 в дополнительную скважину 2. Если бурение дополнительной скважины 2 осуществляли, например, с промывкой, рас- творогрунтовая пульпа 8 вытесняет из скважины 2 находящуюся в ней промывочную жидкость. По окончании образования ко- лонны 7 весь излившийся избыток растворогрунтовой пульпы 8 заполняет дополнительную скважину 2, образуя в ней дополнительную колонну из укрепленного грунта.

Во избежание прорыва струй раствора

6из направляющей скважины 3 в дополнительную скважину 2 расстояние между ними должно превышать радиус размывающего действия струй 6,

Колонны из укрепленного грунта 7 могут быть выполнены с разной формой поперечного сечения - круглой, плоской, крестообразной, многолопастной и т.д., что достигается за счет конструкции и режима перемещения монитора 4. Дополнительные колонны 2 также могут быть выполнены с разной формой поперечного сечения; при буровом способе выполнения они будут круглоцилиндрическими.

При осуществлении способа возможно применение нескольких дополнительных скважин 2 при выполнении каждой колонны

7или наоборот. Возможна также не прямая подача избытка растворогрунтовой пульпы

8в дополнительную скважину 2, а с промежуточными накоплением ее в емкости в пределах времени до начала схватывания раствора.

Диаметр дополнительной скважины 2 определяют по расчетной зависимости

dflon -

Н (1,273 -F

N h

А - n 4- w0 + 1

где h - глубина дополнительной скважины;

N - количество дополнительных скважин, используемых при образовании одной колонны из укрепленного грунта;

F, H - площадь поперечного сечения и глубина колонны;

do - диаметр направляющей скважины;

А - коэффициент укрепления грунта;

Vp, Vrp - объемы укрепляющего раство- ра и грунта в колонне;

п, Wo - пористость и объемная влажность грунта в долях единицы.

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

(1

ч ( , В

П% + ц

(3)

где Ц - масса цемента в составе колонны;

Г - масса грунта в составе колонны;

уг - плотность (удельный вес) грунта;

УИ плотность (удельный вес) цемента;

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

При сплошном укреплении массива грунта, когда к нему предъявляются требования как прочности, так и водонепроницаемости, колонны 7 и 2 из укрепленного грунта должны быть состыкованы без зазоров между ними. Наиболее оптимально выполнение колонн 7 круглоцилиндрическими и расположение их осей по квадратной сетке, а дополнительных скважин (колонн) 2 - в промежутка., между ними (по одной дополнительной скважине 2 на каждую колонну 7).

При этой схеме расстояние между осями направляющих скважин 3, а также между осями дополнительных скважин 2 определяют по зависимости

Ь 0,5(йдоп + 2 D2 - ),

(3)

35

40

,

45

50

55

где D - диаметр колонны из укрепленного грунта.

Пример. Основание сооружения с динамическими нагрузками сложено песками и требует сплошного укрепления для обеспечения модуля деформации 1000 МПа. Глубина укрепления 10 м, Пески в естественном залегании имеют пористость ,4, объемную влажность ,05, Лабораторными и полевыми исследованиями установили, что требуемый модуль деформации может быть получен при коэффициенте укрепления грунта ,5 с использованием цементного раствора . Укрепление грунта предусмотрено струйной технологией с помощью растворовоздушных струй, диаметр образуемых колонн укрепленного грунта равен ,5 м, диаметр направляющих скважин ,1. Глубина дополнительных скважин принята равной глубине укрепления ( м), количество дополнительных скважин на одну колонну ).

Диаметр дополнительных скважин по формуле (1),

10

2 0,5 - 0,4 - 0,05

1 Х10

(«

0,5 - 0,4 + 0,05 + 1

о.О

2ч

- 0.53 м

Расстояние между осями направляющих скважин и между осями дополнительных скважин по формуле (3):

,5(0,53+ V2 X 1,52 -0,532)1,29 м.

Работы по сплошному укреплению массива грунта начинают с бурения дополнительных скажин, а с отставанием от них по крайней мере на одну скважину ведут образование струйных колонн укрепленного грунта. Колонны и дополнительные скважины выполняют в две очереди, через одну в каждом ряду (см, фиг. 3).

Бурение дополнительных скважин диа- метром 0,53 м осуществляют, например, вращательным способом с промывкой и заполнением глинистым раствором. Бурение направляющих скважин диаметром 0,1 м ведут вращательным способом с помощью бу- ровой струйной установки, в качестве бурового снаряда используют струйный монитор.

После готовности первой дополнительной скважины, осуществляют бурение на глубину 10 м соответствующей направляющей скважины и прокладывают от ее устья трубу в дополнительную скважину (по одной из стрелок на фиг, 3). В находящийся в направляющей скважине струйный монитор подают под давлением цементный раствор и воздух и поднимают монитор с вращением, образуя колонну укрепленного грунта диаметром 1,5 м. Избыток растворогрунто- вой пульпы поступает из направляющей скважины в дополнительную, вытесняя из нее глинистый раствор и образуя дополнительную колонну укрепленного грунта. Аналогичный цикл осуществляют на последующих парах скважин I очереди, а затем, после твердения в них растворогрунтовой смеси, ведут работы по скважинам II очереди, обеспечивая сплошность укрепления массива грунта.

Технологический процесс укрепления массива грунта проходит с полным использованием растворогрунтовой смеси, что позволяет сократить до необходимого минимума затраты укрепляющего материа

ла, труда и энергии с получением требуемых свойств укрепляемого массива грунта. Формула изобретения 1, Способ укрепления массива грунта, включающий выполнение направляющих скважин, размыв из них грунта перемещаемыми струями укрепляющего раствора с образованием колонн из укрепляемого грунта и излив из скважин избытка растворогрунтовой пульпы, отличающийся тем, что, с целью снижения затрат, перед выполнением каждой направляющей скважины образуют дополнительную скважину на расстоянии, превышающем радиус размывающего действия струи, а во время излива избытка растворогрунтовой пульпы ведут подачу ее в одну или несколько дополнительных скважин, при этом диаметр dfl0n последней определяют из зависимости

F

А - П + WQ

А - п 4- w0 +

Т - Й)

где h - глубина дополнительной скважины;

N - количество дополнительных скважин, используемых при образовании одной колонны из укрепляемого грунта;

F и Н - соответственно площадь поперечного сечения и глубина колонны:

do - диаметр направляющей скважины;

А Vp/Vrp - коэффициент укрепления грунта;

Vp и Vrp - соответственно объемы укрепляющего раствора и грунта в колонне;

п и W0 - соответственно пористость и объемная влажность грунта.

2. Способ по п. 1.отличающийся тем, что выполнение направляющих скважин ведут с расположением их в плане по сетке квадратов, а образование дополнительных скважин осуществляют в промежутках между направляющими скважинами, при этом расстояние b между осями последних принимают равным величине, определяемой по зависимости

b 0,5 (dAon +V2 D2 - dlon). где D - диаметр колонны из укрепляемого грунта.

«SI

t

. .:. - v - , съ

.V. . . -. г°

гч

и

со

(О

гSb

и -1

-.V / mf . V

ь

4

k,« t

Использование: укрепление грунтов в основаниях зданий и сооружений с помощью струйной технологии, Сущность изобретения: выполняются направляющие скважины, из них размывается грунт перемещаемыми струями укрепляющего раствора с образованием колонн из укрепляемого грунта и изливом избытка растворогрунто- вой пульпы. Перед выполнением каждой направляющей скважины образуют дополнительную скважину на расстоянии более радиуса действия струи. Избыток раство- рогрунтовой пульпы подают в одну или несколько дополнительных скважин. Приводится математическая зависимость для определения диаметра дополнительной скважины. Выполнение направляющих скважин может быть осуществлено по сетке квадратов с размещением дополнительных скважин в промежутках между направляющими скважинами. Приводится математическая зависимость для определения расстояния между осями последних. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

Фие.4