Способ возведения стены в грунте Советский патент 1992 года по МПК E02D5/20 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при сооружении фундаментов, защите котлованов от грунтовых вод или для уменьшения фильтрации воды под основаниями гидротехнических сооружений.

Известен способ возведения стены в грунте, включающий проходку траншеи под защитой бурового раствора и заполнение ее твердеющим материалом (см. а.с. № 624989, кл. Е 02 D 15/06, 1976, СССР).

Недостатками этого способа являются большие затраты и низкое качество при выполнении работ по возведению стены в грунте в связи с тем, что при заполнении траншеи происходит медленное вытеснение загустевшего раствора из траншеи, что

увеличивает сроки выполнения стены в грунте и ухудшает качество материала.

Известен способ возведения стены в грунте, принятый за прототип, включающий проходку траншеи под защитой бурового раствора, его деструкционную обработку и заполнение траншеи материалом (см. книгу М.И. Смородинов, Б.С. Федоров, Устройство сооружения и фундаментов способом стена в грунте, М., Стройиздат, 1986, с. 25-26. 57-58).

Недостатками данного способа являюУ- ся большие затраты и низкое качество при выполнении работ по возведению стены в связи с тем. что операции по проходке траншеи и заполнению ее твердеющим или нетвердеющим материалом разделены значительным промежутком времени, при

VI

VI ON VJ

Ю

этом буровой раствор, находящийся в траншее в состоянии покоя, сильно загустевает вследствие проявления тиксотропных средств. Поэтому погружение в траншею, например, комовой глины в такой загустевший буровой раствор сильно затруднено, т.к. глина зависает в верхней части траншеи с образованием сводов.

- При заполнении траншеи твердеющим материалом (например, глиноцементным раствором), методом вертикального перемещения трубы (ВПТ) происходят прорывы языков глиноцементного раствора на поверхность и перемешивание его с буровым раствором, что исключает полное вытеснение бурового раствора из траншеи и ухудшает качество материала стены в грунте. Деструкционная же обработка бурового раствора путем перекачки его насосом связана со значительными затратами, поскольку используется насос большой мощности.

Целью изобретения является сокращение затрат и повышение качества возведения стены в грунте.

Поставленная цель достигается тем, что в способе возведения стены в грунте, включающем проходку траншеи под защитой тиксотропного бурового раствора, его де- струкционную обработку с последующим заполнением траншеи материалом, де- струкционную обработку осуществляют путем воздействия на буровой раствор направленным вдоль оси вибрационным полем с начальной интенсивностью, определяемой по формуле:

, &L.A

н - 0,00205 + 0,000126 &i A

после чего осуществляют периодическое воздействие вибрационным полем с интенсивностью (In), определяемой по формуле:

In0,00205+0,0001261

W0 , пгде 1н, In - начальная и периодическая интенсивности вибрационного поля, воздействующего на буровой раствор в траншее (см. хО,

д- К()

Wv }

К( ,д/ ) - коэффициент эффективности, ti

1 + 0,57 ti

Wy, Wo-соответственно скорость заполнения траншеи материалом при воздействии

на буровой раствор вибрационным полем, и без его воздействия,

ti - продолжительность времени, в течение которого буровой раствор в траншее находится в покое перед началом воздействия на него вибрационн-ым полем (мин),

Тtn

( 1 + 0,5712 ) ( 1 + 0,57 ts )

t3 t2-Kn

Ehm

t2

R

1 - 0,57 In m (en-1)eR - 0,00205 IH

1 + 0,000126 IH

0

5

0

5

0

tn - продолжительность перерывов при периодическом воздействии вибрационным полем на буровой раствор в тран- 5 шее (мин).

Предлагаемый способ показан на фиг. 1, 2 где на фиг. 1 дана принципиальная схема возведения стены в грунте при проходке траншеи агрегатом СВД-500, на фиг. 2 -при проходке грейфером.

Способ возведения стены в грунте осуществляют следующим образом.

Производят проходку траншеи 1 агрегатом СВД-500 под защитой бурового раствора. По окончании проходки неизбежна техническая пауза между временем окончания этой операции и началом следующей. В течение этого промежутка времени проявляются тиксотропные свойства бурового раствора 3 и происходит значительное его загустевание. Для возвращения буровому раствору 3 первоначальной подвижности производят его деструкционную обработку путем воздействия на него вибрационного поля. Для этого в траншею 1 опускают металлический элемент 4 с укрепленными на нем вибраторами 5, создающими вибрационное поле, и продвигают вдоль фронта траншеи 1, при этом величина интенсивности вибрационного поля находится в пределах 50-1500 см2 (см. табл, 2, стр. 134). .

Скорость осаждения комков глины 5 в буровом растворе в вязко-пластичной 5 жидкости получают из решения уравнения по книге Гидравлика глинистых и цементных растворов. Авторы А.Х. Мирзаджан- заде и др. Из-во Недра, с. 225, формула VI.42

U

VV Udj

2g(yi-y)d 15yVi+ ±i

2t)

где d - диаметр комков глины,

У| и у-удельный вес глины и бурового раствора,10

ft - напряжение сдвига бурового раствора через t мин., нахождения в состоянии покоя,

1J- структурная вязкость бурового раствора.15

Учитывая, что в рассматриваемых условиях

V rtd

то

1

1 +

Tt d

Ttd

2tjV

следовательно, формулу (1) можно представить в следующем виде:

м- 2g(yi-y)dU 15J

0ткуда:А(.);

Следовательно:

Tt , Ui

К

(

Г|

Ut

(3)

0

5

0

5

Как показывают теоретические и экспериментальные данные, если раствор находится в покое, то величина структурных связей в нем, обусловленная тиксотропны- ми свойствами ( т) возрастает по следующей зависимости:

(4)

где Т0 - напряжение сдвига бурового раствора при полностью разрушенных структурных связях, обусловленных тиксотропными свойствами,

аи/3-константы, характерные для данного вида раствора, определяемые экспери-, ментально, среднее значение для бентонитовых растворов равно:

«-1, ,57.

Как показали исследования, в условиях воздействия на тиксотропную систему (бентонитовые растворы) вибрационным полем величину структурных связей ( т) можно оценить по следующей зависимости:

а н

30

т r0+(rt-r0)e

1 +ын

(5)

Использование: при сооружении фундаментов при защите котлованов от грунтовых вод. Сущность изобретения: Способ B03aeJ деиия стены в грунте включает проходку траншеи под защитой тиксотропного раствора его деструкционную обработку с последующим заполнением траншеи твердеющим или нетвердеющим материалом. Деструкционную обработку осуществляют путем воздействия на буровой раствор направленным вдоль оси траншеи вибрационным полем с интенсивностью, определяемой по приведенной формуле. В дальнейшем продолжают периодически воздействовать вибрационным полем с интенсивностью, определяемой по приведенной формуле. 2 ил. со с

При наложении поля сдвиговых деформаций, например, вибрационного поля на буровой раствор 3 в траншее 1 его характеристики меняются (он разжижается), вследствие этого скорость осаждения комков глины в траншее, наполненной буровым раствором, меняется (увеличивается) с UT скорость осаждения комков глины в буровом растворе до воздействия на него вибрационным полем (до Ui) то же, но после воздействия вибрации). Введем понятие коэффициента эффективности К. показывающий; во сколько раз уменьшаются напряжения сдвига бурового раствора после воздействия на него вибрационным полем.

Tt

т

где т - напряжения сдвига бурового раствора после воздействия на него вибрационным полем с интенсивностью I.

Из формулы (2) определяем, что:

К

U

Ut

5

где 1н - начальная интенсивность вибрационного поля, (см3 ),

а и b - константы, определяемые экспериментально, средние их значения для бентонитовых растворов равны а -0,00205 и Ь 0,000126.

Подставляя значения rt и т в формулу (3), получаем:

-/t

„Ь

Tl

т0е

1 -t-jgt

cb t

+ ЫН

Т0+(т0е-т0)е

и

1 -fЈt

At

(6)

® Откуда определяем IH:

н

Ел А

а - b In A

(7)

55

где

o(.t

А-

в 1+ -К

К(е

-1)

Подставляя численные значения конт, получим:

НЛ ЛЛОЛГ- I Л ЛЛЛ«О/ I- ЛVW

,00205+0,000126 In A еп-К

К(еп-1) t

п

1 + 0,571

1 + 0,571 „

При этом . Это условие

отражает факт, что если в буровом растворе разрушить даже все структурные связи, обусловленные тиксотропными свойствами, в нем будут существовать структурные связи, характеризуемые ть , обусловленные уже другими его свойствами.

За счет воздействия вибрационного поля с начальной интенсивностью IH в течение времени ti в буровом растворе достигается определенная степень разрушения структурных тиксотропных связей, при этом можно определить эффективную продолжительность пока t2, которому эта величина струк- турных связей соответствует, из следующей зависимости:

а 1н

r0+(rt1-r0)e 1 Ь Н o(rt1-Т0)(9)

Преобразуя уравнение (9) и подставляя численные значения констант a,ft, а, и Ь, определяем значение t2

t2 fcJIl LUl МО)

1 a-fienm 1-0,57enm l

где

, , «4-Јt ч 1+Ын (e-1)e

t-0.00205 I н

1 +0,57t „. 1+0.000126 IH

1-Ke-1)e

В дальнейшем экономичнее воздейст- вовать на буровой раствор вибрационным полем периодически, в этом случае разрушаются только структурные тиксотропные связи, которые восстанавливаются только в течение перерывов в воздействиях вибра- ционным полем. В этом случае требуемая интенсивность вибрационного поля будет значительно меньше, чем начальная и она будет тем меньше, чем короче перерывы в воздействии поля.

Определение требуемой интенсивности периодического вибрационного поля можно осуществлять исходя из следующего:

Зная t2 и продолжительность перерывов (tn) при воздействии вибрационным полем на буровой раствор, определим необходимую интенсивность периодического вибрационного поля (In), необходимую для поддержания полученной степени рар- рушения структурных тиксотропных связей бурового раствора из уравнения

10

13

12

1+0.57131+Ын1+0.5712

т0 е е т0 е

(11) где

t3 t2-tn

Преобразуя уравнение (11) и подставляя значения а,/ , а и Ь: получим значения необходимой интенсивности периодического вибрационного поля:

а-ЬТ -0,00205+0.000126 Т0

где

ts

t3

1+0,57t2 1+0,5713

-«tn

(1+0.57t2)(1 +0,57 ts)

0 (1+0,57t2)(1 +0.57t3)

Окончательно

или

In0,000126 Т+0,00205

(12)

где

Ttn

(l+0,57t2)(1 +0,57 ts)

Периодичность воздействия вибрационным полем на буровой раствор можно обеспечить двумя способами: отключением виброустановки или, что более целесообразно, посредством перемещения ее по длине траншеи, при этом длину обрабатываемой заходки (Ь) можно определить по формуле:

tn

to - 1 2 r VB

(13)

где fe - допустимая длина обрабатываемой заходки траншеи вибратором (м), г - радиус действия вибратора (м), tn - продолжительность перерыва периодического вибрационного поля, для которой определена периодическая интенсивность вибрационного поля I (мин).

Vb - скорость возврата виброустановки из конца заходки в ее начало (холостой ход) (м/мин),

to - необходимая продолжительность обработки бурового раствора в зоне деист- вия вибратора (мин).

Необходимо учитывать, что при первоначальном разрушении тиксотропных связей бурового раствора с интенсивностью 1Н длительность вибрирования to может достигать 30 с, а при последующем периодическом воздействии необходимая длительность вибрирования с.

При первоначальном включении виброустановки с интенсивностью вибрирования 1Н можно принимать длину заходки, равную J3, ее прийдется пройти несколько раз виброустановкой до полной стабилизации повышенной подвижности бурового раствора, что будет свидетельствовать о возможности перехода на периодичный режим вибрации, при этом интенсивность вибрирования уменьшается до In, то есть в данном случае с 1500 до 476 см2 х .

В качестве возбудителей вибрационно- го поля (стационарных или передвижных) целесообразно использовать виброустановки типа ВУР-2, ВУР-3 и ВУР-4. При этом для создания направленного вибрационного поля необходимо применять гасители ко- лебаний, располагая их вдоль стенок траншеи, и проводники колебаний, устанавливаемые по оси траншеи. Гасители колебаний целесообразно крепить нежестко, а проводники колебаний - жестко к рабочему органу вибратора в области его действия и перемещать их вместе с ним,

Для определения оптимального диапазона значений интенсивности вибрационного поля вводим понятие интенсивности разрешения тиксотропных связей бурового раствора (I)

ДК 1 Д1 где

ДК ( 1

И

г,2

Л К - приращение степени уменьшения тиксотропных связей бурового раствора при воздействии на него вибрационным полем интенсивностью И и 12,

Гу о ; гУ1, Ту2 - сопротивление сдвига бурового раствора до наложения вибрационного поля (Ту о) и после наложения виб- рационного поля интенсивностью Н и 2,

приращение интенсивности вибрационного поля.

Продолжительность действия вибрационного поля не учитывается, т.к. разрушение тиксотропных связей бурового раствора при наложении вибрационного поля происходит очень быстро (за 30-60 секунд).

В таблице приведены значения I, определенные по экспериментальным данным.

Из приведенных данных следует, что наибольший эффект разрушения тиксотропных связей бурового раствора происходит при интенсивности вибрационного поля 1 50-1500 , при ,0021-0,025. При 1500 см2см см2с эффект разрушения тиксотропных связей раствора ухудшается, при этом ,0016-0,0006.

Пример 1. Для возведения стены в грунте используется агрегат СВД-5002 (фиг. 1).

При проходке траншеи 1 используют буровой раствор 3. Перед заполнением траншеи 1 материалом 6 буровой раствор 3 в ней находился 3 суток (4320 минут) в покое. Определим начальную и периодическую интенсивности вибрационного поля и максимальную длину заходки, обрабатываемой передвигающейся виброустановкой, если радиус действия вибратора ,5 м, продолжительность перерывов в наложении вибрационного поля мин и скорость передвижения виброустановки из конца заходки в ее начало м/мин.

Учитывая, что максимальная величина коэффициента эффективности воздействия вибрационного поля равна:

1

К,

Гц оо TO e

1/t+0,57

max-

е

1

0.57

Ti -оТо

5,78

Для расчета зададимся ,2, при этом скорость осаждения, комовой глины в буровом растворе траншеи Ui, а следовательно и скорость заполнения траншеи увеличится в 2,3 раза, т.к.

Ui VKUt V5i2Ut 2,3Ut

Далее по формуле (8) определяем начальную интенсивность вибрационного поля:

А

I -Ю 57 «20

-52

--0,023

К(

-1) 5.2(е

-о

&

-3,78

- 0.00205 + 0.000126 (- 3,78 ) см2с 3

Таким образом, полученная начальнаяи скорость передвижения виброустановки

интенсивность вибрационного поля равнаиз конца заходки в ее начало Vb-ЗО м/мин.

верхнему пределу оптимального диапазона.Для расчета задаемся коэффициентом

Далее по формуле (10) определяем зна-эффективности ,1.

чение t25 Далее по формуле (8) определяем на4320чальную интенсивность вибрационного-по„ , 1+0.57-4320 „.ля

m-1+ e -1 хТак как

- О 00205 150°10 .5 ff

х е +° ™™ 15°° 1.36А- , -1-1- 0.9

а, 1 +0.57 5

6,1.,3071.1 (е -1)

0,307 п 7 „И||15 ,,1

12 1-0.57-0,307 ° 37 МИНТогда

IT--0 1

Тогда t3 t2-tn 0,,37 мин. 0.00.0126 ( - 0,1 ) - - 0,00205

Далее по формуле (12) определяем ин- 50 см с

тенсивность вибрационного поля при пери-20 одическом воздействии на буровой раствор.Далее по формуле (10) определяем tЈ

tn5-0.00205 50

(1+0,57 t2)(1 +0,5713)°m 1+(e 1 + °-57 5 1}.e 1 +0.000126-50

25 341

,017In3,,227,

(1 +0,57xO,37)(1 +0,57x5.37)

1 227 Тогдаla- 1 nc7vi907 4.08мин

1,017ъ -з1-0,57x1,227,

ln 0.00205+0,000126x 1,017 467CM XC 30 тогда ,ОВ+1-Б,Ов мин.

cДалее по формуле (12) определяем инТаким образом, для поддержания до-тенсивность периодического вибрационностигнутой степени разрушения тиксотроп-

ных связей в буровом растворе при1

периодическом воздействии вибрационным 35Т-iiC(jnuM icv ivuivi DUOMcn ionn впи ацпиппмкч /4 Л. П К7 . Л ПП Ч Г 1 -1. П . С ПО V

полем через 5 минут, потребуется значи- 1 + ° 57 408 ) v1 + ° 57 5,08 )

тельно меньшая интенсивность, которая бу-« ПТ7

1500w,wr f

дет в 3.2 раза меньше начальнойТогда

интенсивности.40 ln° nnnni fi . nn ц-ппп п 37см2с 3

Далее, по формуле (13) определяем мак-0.000126 0,077 + 0,00205

симальную длину заходки траншеи, кото-л.,л

рук, „оже, обработать виброустановк,„ %Ј22ЈЈ ЈЈЖ

пк4R тывать виброустановка

оТт -г 24 6м

Ц«

2x0.5 30И Qt7 - 0.5м

Пример 2. При проходке траншеи

используют буровой раствор 3. Перед за- 50

полнением траншеи 1 материалом 6 буро-Ф о Р м у л а и з о б р е т е н и я

вой раствор в ней находится 5 минуТ в±°С°бйВ°ЗВеДеНИГ СТ6НЫ В ГРУНТЭ

покое. Определим оптимальные начальную включающий проходку траншеи под защи- и периодическую интенсивность вибраци- той тиксотропного бурового раствора, его онного поля и максимальную длину эаходки 55 Двструкционную обработку с последующим обрабатываемой передвигающейся вибро- заполнением траншеи твердеющим или не- установкой. если радиус действия вибрато- твердеющим материалом, отличающий- ра г-0,5 м. продолжительность перерывов в что с целью ««ращения затрат и воздействии вибрационного поля tn-1 мин ™ ышения чвства возведения стены в

грунте, деструкционную обработку осуще13

ствляют путем воздействия на буровой раствор направленным вдоль оси траншеи виб- рационным полем с интенсивностью, определяемой по формуле:

17

In A

0,000126 -In A-0,00205

см2хс 3

с последующим периодическим воздействием вибрационным полем с интенсивностью 10 In, определяемой по формуле

In

0,00205+0,000126 Т

где н и 1П - начальная и периодическая интенсивности вибрационного поля, воздействующего на буровой раствор в траншее;

А ; К(еп-1)

ti

п

1 4- 0,57 ti

Определение диапазона оптимальных значений интенсивности вибрационного поля

6719 К

14

Wi -у ( ) - коэффициент эффективности.

W0

Wi, Wo - соответственно скорость заполне- 5 кия траншеи материалом при воздействии на буровой раствор вибрационным по л ем и без его воздействия;

(1 + 0,57t2)(1 +0,5713)

t3 t2+tn

In m

t2

-0,57 In m (en-1)eR ; - 0,00205 In

1 +0,0001261

tn продолжительность перерывов при периодическом воздействии вибрационным полем на буровой раствор в траншее, мин.

У./Л

Л Л ч

-J. ,

-:: : .. . . .

XVvXV

//

:s,./.

77.

V/

.

/

.

-://

-

. .

ч-./

i i

«

r , ,

ФикИ