Способ укрепления обочин дорог, откосов и инженерных сооружений Советский патент 1993 года по МПК E01C3/06 

ел

с

Использование: дорожное и гидротехническое строительство. Сущность изобретения: на расстоянии 1,5-2,0 м от полотна дороги выполняют параллельно ему скважины глубиной до коренных или скальных пород. Размещают в них невзрывные виброисточники. А виброколебания на грунт производят в два этапа:сначала в диапазоне 60-1500 Гц с одновременным нагнетсши- ем в грунт разупрочняющих веществ до перераспределения упругих напряжений грунта из состояния сжатия на растяжение, затем переходят на частоту, равную частоте собственных колебаний грунта, с одновременным нагнетанием скрепляющих растворов до приобретения прочности, равной половине нормативной ил.и проектной величины, 5 з.п.ф-лы, 3 ил.

Заявляемое изобретение относится к строительству, дорожному и гидротехническому строительству и может быть использовано для укрепления грунтов и горных пород при проведении инженерных работ с использованием упругого миграционного , геоэффекта и эффектов кавитации.

Известен способ укрепления обочин дорог, включающий снятие верхнего слоя почвы, нанесение слоя щебня, возвращение на старое место верхнего слоя почвы и двойной засев ее многолетними травами.

Известен способ трудоемок, нетехнологичен, связан с перемещением больших объемов грунта и щебня и не использует для управления состоянием и свойствами грунта вибровоздействия в выбранном диапазоне частот.

Известен способ укрепления обочин дорог, откосов и инженерных сооружений, включающий бурение скважин, заряжание

их ВВ.и камуфлетное взрывание с последующим упрочнением грунта.в зоне массива, прилегающего к взрыву.

Известный способ трудоемок, нетехнологичен, не позволяет работать в выбранном диапазоне частот, далеко не безопасен, требует остановки технологического .процесса при производстве взрывов, требует перемещения больших объемов грунта и щебня, а также бурения большого объема скважин и шпуров.

Цель изобретения - повышение эффективности укрепления.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу бурение скважин выполняют параллельно полотну дороги на расстоянии 1,5-2,0 м от него, глубиной до коренных или скальных пород, размещают в скважинах невзрывные источники колебаний, а виброколебания на грунт производят в два этапа: сначала в диапазон 60--1500 Гц

VJ ю

N

N) О

oj

с одновременным нагнетанием в грунт разупрочняющих растворов до перераспределения упругих напряжений грунта из состояния сжатия на растяжение, затем переходят на частоту, равную частоте собственных колебаний грунта, с одновременным нагнетанием скрепляющих растворов до приобретения прочности, равной половине нормативной или проектной величины.

Скважины бурят на расстоянии 5-9 м друг от друга.

Разупрочняющие растворы нагнетают нагретыми до 80°С. . .

В качестве упрочняющих растворов используют цементные растворы.

В качестве разупрочняющих растворов используют ПАВ, или гидроокись натрия, или гидроокись натрия с метанолом.

С целью повышения гидро- и аэродинамических связей грунта диапазон колебаний увеличивают до 20 кГц инициируют на пути распространения упругой волны кави- тирующие процессы, причем энергию кавитирующего пузырька, возникающего в зоне разрежения упругой волны и схлопывающе- гося в зоне сжатия волны, олределяют из выражения

Е л: Ро R3 4/3,

где Ро - прочность грунта на растяжение в отсутствие упругой волны, кг/см2;

R - размер кавитирующего пузырька, мм..

На фиг. 1 приведена схема реализации способа, где 1 -полотнодороги, 2-обочина дороги, 3 - скважина для размещения в них виброисточников, 4 - виброисточник, 5 - упруговязкое тело, 6 - компрессор высокого давления ЭУ-5 или ЭУ-7, 7 - электронный пульт управления для синхронизации работы группы виброисточников, 8 - информаци- хонно-вычислительный комплекс (ИВК); на фиг. 2 приведены пороги кавитации на разных частотах; на фиг. 3 - экспериментальные данные, показывающие поведение радиуса кавитирующего пузырька при постоянном давлении на частоте 10 кГц:, где 1 - при Ро 105 Па, 2 - при РО 5-Ю5 Па, 3 - при Ро ЮбПа.

Способ осуществляют следующим образом.

На удалении от полотна дороги 1,5-2.0 м и параллельно ему бурят шпуры или скважины 3, размещают в них виброисточники 4 и заполняют скважины 4 упруговязким телом 5, в качестве материала которого используют мокрый кварцевый песок, мелкий щебень и другие минеральные добавки вперемешку с водой. Величину акустического сопротивления материала упруговязкого тела 5 подбирают примерно равной величине акустического сопротивления грунта, что

необходимо для лучшей передачи акустического импульса в грунт для приведения его в возбужденное состояние и наведения в нем проницаемости при нагнетании в грунт ПАВ, гидроокиси натрия или гидроокиси натрия с метанолом, причем скважины 3 для размещения в них виброисточников 4 бурят Ф200-300 мм и глубиной до коренных или скальных пород, что необходимо для того, чтобы при нагнетании в грунт в основание

5 грунта скрепляющих растворов грунты имели монолитное основание и составляли между отдельными неоднородностями грунта единое сцепление. Максимальный диа- . метр скважины 3 выбирают, исходя из

0 оптимальных условий возбуждения упругих колебаний, в диапазоне 60-1500 Гц, исходя из структурных особенностей грунта и условий волнового подобия, так как волна лишь тогда взаимодействует со встречающейся

5 на ее пути нерднородностью, если она соизмерима с нею или меньше ее, При скорости Р-волн в грунте 1800 м/с и частотах 60 и 1500 Гц длины волн соответственно составляют: на. 60-Гц длина волны (1800 м/с)/(60

0 Гц) 30 м, на 1500 Гц длина волны 1,2 м

и, учитывая, что размеры неоднородностей,

слагающих основание грунта, находятся в

пределах 1,0-30 м, то выбор диапазона час.тот 60-1500 Гц обусловлен структурными

0 ПАВ, гидроокись натрия или гидроокись натрия с метанолом, причем для глинистых грунтов или грунтов с низкой .степенью пористости растворы нагревают до 80°С.

Вибровоздействия на грунт производят поэтапно: вначале их производят в диапазоне 60-1500 Гц в совокупности с нагнетанием разупрочяяющих растворов и

0 вибровоздействия осуществляют в течение времени, при котором деформации сжатия грунта сменят деформации растяжения, что соответствует оптимальной проницаемости грунта, затем переходят на частоту вибро5 воздействия, разную частоте собственных колебаний грунта в совокупности с нагнетанием в грунт скрепляющих растворов, и вибровоздействия производят в течение времени, при котором прочность скрепляю- щих растворов, в качестве которых используют тонкозернистый цемент или силикаты, достигнет примерно половины проектной или нормативной величины.

Для низкопористых грунтов или грунтов, обладающих значительной прочностью разупрочняющие растворы - гидроокись натрия или гидроокись натрия с метанолом нагревают до 80°С, возбуждают мощныеультразвуковые колебания в диапазоне 1-20 кГц инициируют на пути распространения упругой волны кавитирующие явления, причем энергию кавитирующего пузырька, образующегося в зоне разрежения упругой волны и схлопывающегося в зоне сжатия волны, определяют из выражения: Е 7TP0R3 4/3, где Ро.- давление в порах и трещинах грунта в отсутствие волны, кг/смг; R - размер кавитирующего пузырька, мм.

Образующиеся на пути распространения волны микро- и макроударные потоки флюидов способствуют резкому увеличению проницаемости грунта и улучшению гидро- и аэродинамических связей грунта и более полному заполнению пор и трещин скрепляющими растворами.

Амплитуду источников 4 колебаний медленно поднимают от минимального до максимального уровня, при этом время синхронизации - время совместной работы группы виброисточников 4 осуществляют с использованием электронного пульта 1 управления, связанного обратной с.вязью с компрессором 6 высокого давления типа ЭУ-5 или Э2-7, от которого в источник подают импульс сжатого воздуха под давлением от 60 до 300 атмосфер, который воспринимают тензодатчиком, преобразуют в электрический сигнал и подают в ИВК 8, в котором по заранее заданной программе осуществляют корректировку импульсов волн давления и синхронизацию работы группы виброисточников.

При работе группы виброисточников происходит перераспределение поля упругих напряжений на пути распространения волн сжатия и растяжения порождаемых упругой волной и имеет место частичная дегазация грунта. Эти явления имеют место как при работе группы виброисточников, так и при работе одного виброисточника.

Таким образом грунт обрабатывается всеми видами сжимающих и растягивающих нагрузок, что способствует повышению эффективности способа, снижению его энергоемкости и при этом на порядок снижаются затраты на производство работ по укреплению грунта по сравнению с имеющимися традиционными способами.

Сущность способа состоит в том, что под воздействием, мощных вибрационных колебаний в грунтах возникают волны сжатия и растяжения, действующие на флюиды жидкости и газы, содержащиеся в порах и трещинах грунта, как тектонический насос, то есть в грунтовом массиве имеет место перемещение-миграция флюидов во много раз, на несколько порядков превышающая эту величину при обычных условиях, в отсутствие упругой волны.

Это явление авторы назвали упругим миграционным геоэффектом. Оно имеет место в различных диапазонах частот Гц - кГц - мГц и сопровождается:

перераспределением поля упругих напряжений на пути распространения упругой волны и мигрующих вслед за ней флюидов; частичной дегазацией грунта, то есть ис- течением газовых компонент из пор и трещин при вибровоздействиях;

кавитирующими процессами в грунтах при соблюдении условий, что направление распространения волны совпадает с на- правлением пор и трещин по их простиранию;

соизмеримости длины волны и размеров пор и трещин по их простиранию;

если на пути распространения волны встречаются участки грунта, нагретые свыше 30°С;

если частота зондирующих импульсов близка к частоте собственных колебаний флюидов, содержащих в порах и трещинах грунта.

Преимущества способа состоят п том, . что размещения виброисточников по предлагаемому способу позволяет:

возбуждать упругие колебаний в вы- бранном диапазоне частот в режиме накопления, что дает возможность закачать в грунтовой массив упругую энергию, необходимую для повышения проницаемости массива;

управлять состоянием и свойствами грунта за счет нагнетания о массив разуп- рочняющих или упрочняющих растворов;

повысить эффективность способа и его энергоемкость.

Использование заявляемого способа позволит значительно снизить затраты на укрепление обочин дорог, откосов и инженерных сооружений за сч.ет использования упругого миграционного геоэффекта и эф- фектов кавитации в грунтовом массиве лри высоких РТ-параметрах и повысить эффективность способа по-сравнению с имеющимися классическими способами укрепления грунта: съем верхнего слоя почвы, выборка части грунта и засыпка на его место слоя

щебня и нанесение верхнего слоя почвы на прежнее место с двойным засевом трав.

. Формула изобретения

Фиг.1

Ожидаемый экономический эффект от внедрения заявляемого способа составляет 34 т.руб. в год.

А. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что в качестве упрочняющих растворов используют цементные растворы.

6. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения гидро- и аэродинамических связей грунта, диапазон колебаний увеличивают до 20 кГц и инициируют на пути распространения упругой волны кавитирующие процессы, причем энергию кавитирующего пузырька, возникающего в зоне разряжения упругой волны и схлопывающегося в зоне сжатия волны, определяют из выражения Б лгР0 R34/3, где Ро - прочность грунта на растяжение в отсутствие упругой волны, кг/см2; R - размер кавитирующего пузырька.