Способ бетонирования оснований для промышленных объектов и АЭС Советский патент 1993 года по МПК E21D11/10 

излучаемой частоты, определение векторов максимального и минимального главных напряжений в породном массиве, размещение в скважинах источников колебаний, ориентирование осей источников в направлении действия максимального напряжения, возбуждения в массиве пород колебаний, размещенные в скважинах невзрывных пневматических источников и заполнение скважин упруго-вязким телом, нагнетание в породы скрепляющих растворов.

Известный способ не учитывает резонансные свойства грунтов и пород, трудоемок, длителен по времени и не позволяет управлять диапазоном частот возбуждаемых колебаний.

Цель изобретения - повышение эффективности бетонирования,увеличение прочности основания промышленных объектов и АЭС за счет более прочного сцепления бетона с грунтом.

Это достигается тем, что в грунте основания в шахмдшом п орядке с шагом 3-5 м скважины на глубину, не более чем втрое превышающую глубину заложения основания в массиве горных пород, приводят массив в колебательное состояние в диапазоне 60-1500 Гц, а затем переходят на частоту вибровоздействия, равную частоте собственных колебаний горного массива,а нагнетание в грунт упруговязкой среды производят с добавкой поверхностно-активных, веществ, при этом вибровоздействие производят в течение времени, при котором деформации сжатия сменят деформации растяжения, после чего в скважины нагнетают скрепляющие растворы.

С целью обеспечения гидроизоляции

грунтов основания по контуру, ограничивающего основание, производят гидроразрыв и формирование противофильтрационных

экранов путем введения в них гелеобразую- щего состава в виде раствора из поливинилового спирта и альдегида.

Гидроизоляцию основания со стороны земной коры и для предотвращения утечек на расстоянии 300-400 м от основания проходят выработку глубиной, превышающей не менее чем втрое глубину размещения основания в грунте, и из нее параллельно дневной поверхности бурят ряд скважин, в которые нагнетают под давлением сжиженный газ с расклинивающими агентами и производят гидроразрыв, а при формировании противофильтрационного экрана по всей площади основания нагнетают в него гелеобразующие растворы в совокупности с вибровоздействиями, причем направление вибровоздействия ориентируют в сторону

простирания пробуренных для гидроразрыва скважин.

Для гидроразрыва производят закачкой в скважину под давлением смеси кристаллической хлоруксусной кислоты в совокупности с измельченным магнием, причем хлоруксусную кислоту перед закачкой в скважину смешивают с крахмалом.

В противофильтрационные экраны на0 гнетзют смесь полиэфирной смолы, ускорителя - нафтетана кобальта, отвердителя - раствора перекиси метидэтилкетона в дибу- тилфталате.

В скважины нагнетают смесь фенол5 формальдегидной смолы марки СФЖ-3012 соляной кислоты, воды, мочевиноформаль- дегидной смолы марки Крепитель-M. Во время вибровоздействия измеряют напря- женно-деформированно состояние окружа0 ющих основание пород. Перед бетонированием вставляют в скважины, пробуренные в основании, арматуру. Для повышения прочности сцепления бетона с грунтом основания заполняют его бетоном

5 ц осуществляют вибровоздействия в диапазоне 60-1500 Гц в течение времени, при котором напряжения в бетоне достигнут не менее 0,5 от разрушающих. Перед нагнетанием скрепляющих растворов в грунт осно0 вания в рабочие жидкости добавляют 1% чистого кварцевого песка с размерами частиц 0,02-0,05 мм. Частоту вибровоздействия регулируют давлением столба упруго-вязкого тела на источник, размещен5 ный в скважине.

На фиг. 1 и 3 представлена схема реализации способа, где 1 - основание, 2 - скважины для размещения виброисточников, 3- виброисточники, 4 - упруговязкое тело, 5 0 компрессор высокого давления ЭК-5 или ЭУ-7,6-электронный пультуправления для синхронизации работы группы виброисточ- ииков, 7 - бетон.

Способ осуществляют следующим обра5 зом. С помощью датчиков давления горных пород, устанавливаемых в контрольную скважину, определяют поле напряжений и главные векторы 1 и 2 в породном массиве, где требуется вызвать колебания и привести

0 локальный участок массива в возбужденное состояние в выбранном диапазоне частот.

На удалении 3-5 длин воли основной частоты, излучаемой в массив 1, бурят скважины 2 диаметром ФЗОО-500 мм и глубиной

5 до коренных или скальных пород, размещают в скважинах 2 виброисточники в один ряд, причем направление их воздействия совпадает с направлением главного максимального напряжения в массиве 1, т.е. источники 3 устанавливают в плоскости

проходящей через линию действия максимального главного напряжения.

Максимальный диаметр и глубину скважины 2 выбирают исходя из оп тимальных условий возбуждения упругих волн на частотах 60-1500 Гц источниками 3, размещенными в скважине 2, и сверху источники заполняют упруговязким.телом 4, в качестве которого используют кварцевый песок, щебень грунт и другие строительные материалы вперемешку с водой, причем акустическое сопротивление материала упруго - вязкого тела 4 подбирают таким образом, чтобы оно было примерно равным величине акустического сопротивления грунта в массиве, в который излучаются упругие колебания.

На частотах 60-1500 Гц имеет место максимальная закачка упругой энергии в грунт основания, составляющая 3-16% всей энергии, запасенной в источнике 3 от компрессора высокого давления ЭУ-5 или ЭУ-7 - от 60 до 300 атмосфер и выше. Глубина размещения источника 3 (обычно 7-12) оптимальна величине давления, обеспечиваемого столбом материала упруговязкого тела 4, определена экспериментально в морской сейсморазведке на акваториях и для диапазона частот 60-1500 Гц со.ставля- ет7-12 атмосфер. Скважины 2 бурят на удалении друг от друга 3-5 длин волн основной частоты излучаемой в массив 1. Исходя из условий волнового подобия при скорости Р-волн в грунте, равной 3000 м/с, на частоте 60 Гц длина волны равна (3000 м/с)/(60 Гц) 50 м и на частоте 1500 Гц 2 м, т.е. на удалении 3-5 длин волн это составит примерно 50-150 м, что в свою очередь обусловлено тем, что на таких удалениях поле упругих напряжений, генерируемое источником, распределено равномерно и его легко синхронизировать.

Время воздействия на горный массив- время синхронной работы группы виброисточников зависит от обводненности массива горных пород и геомеханических условий их залегания - горного давления и регулируется посредством электронного пульта управления 6.

Выбор диапазона частот 60-1500 Гц обусловлен структурными особенностями грунтов и горных пород, слагающих основание 1,.т.е. размеры неоднородностей в основании составляют 2-50 м. При скорости Р-волн в грунтах равной 3000 м/с на частотах: 60 Гц длина волны 50 м, 1500 Гц - 2 м,

Исходя из условий волнового подобия, волна лишь тогда взаимодействует с встречающейся на ее пути неоднородностью, если ее размеры соизмеримы с размерами

эюй неоднородности, т.е. дпя приведение локального участка массивл 1 основания в возбужденное состояние необходимо работать в диапазоне частот 60-1500 Гц.

5После приведения основания 1 в возбужденное состояние переходят на частоту вибровозбуждения, равную собственной частоте колебаний грунтов - около 200 Гц, и нагнетают в грунт разупрочняющие раство0 ры с добавкой 1-5% ПАВ для повышения проницаемости и увеличения гидро- и аэродинамических связей массива. ПАВ выполнят работу сил расширения - делает поры и трещины грунта и пород сообщающимися.

5 Вибровоздействия производят в течение времени, при котором деформации сжатия сменят деформации растяжения, что соответствует оптимальной проницаемости грунтов.

0Работу группы виброисточников контролируют геомеханичес.кими методами исследований, а именно

методом разгрузки с использованием тензодатчиков,

5 сейсмическим методом,

методами с использованием сейсмоаку- стической или электромагнитной эмиссии.

Для повышения проницаемости грунтов

0 и пород во время вибровоздействия нагнетают в технологические растворы до 1 % чистого кварцевого песка в качества расклинивающих агентов. Частоты песка с размерами 0,02-0,05 мм, распространяясь с

5 рабочими растворами, попадают в пары и трещины пород и грунта и не дают им закрыться, что .повышает проницаемость пород и грунта, и кроме того, служит новыми концентраторами напряжений. Для предот0 вращения утечки растворов в грунт или под- земные воды участок основания гидроизолируют от окружающей среды, для чего по контуру основания осуществляют, гидроразрыв нагнетанием в скважины

5 жидкости посредством импульсного гидроразрыва в совокупности с вибровоздействиями в широком диапазоне частот 60-1500 Гц, причем при достижении в грунтах оптимальной проницаемости переходят на час-

0 тоту вибровоздействия, равную частоте нагнетания жидкости в скважину гидроразрыва,

что уменьшает на порядок время проведения гидроразрыва,

5 снижает до 40% прочность грунта и пород на разрыв

до 800% увеличивает площадь гидроразрыва - магистральной трещины.

В качестве гидроизолирующих растворов используют:

а) водный раствор из поливинилового спирта и альдегида

б) смесь полиэфирной смолы, ускорителя - нафтената кобальта и отвердителя раствора перекиси метилэтилкетона в дибутилфталате.

В качестве тампонажных растворов ис- пользуют

а) смесь фенолформальдегидной смолы, модифицированной полиэтилен гликолем 70%-ного водного раствора бензолсульфо- кислоты, карбоната натрия и ПАВ ОП-7.

б) смесь фенолформальдегидной смолы марки СФК-3012, соляной кислоты воды и мочевиноформальдегидной смолы марки Крепитель-М.

Для повышения эффективности гидроразрыва перед гидроразрывом нагнетают в скважину под давлением смесь кристаллической хлоруксусной кислоты в совокупности с измельченным магнием, причем хлоруксусную кислоту смешивают с крахмалом.

Для увеличения прочности грунтов в основании объекта в нагнетательные скважины .вставляют анкера и через них в грунт нагнетают скрепляющие растворы, .причем для получения основания, имеющего свойства монолитности с массивами пород, которым заполняют - основание, подвергают воздействию мощных вибрационных нагрузок в диапазоне 60-1500 Гц, при этом бетон разжижается, его вязкость под воздействием вибраций снижается и он приобретает свойства текучести, то есть эффективно и быстро - до затвердевания - заполнят поры и трещины в основании объекта и между анкерами и грунт основания и бетонное основание работают как единое целое, причём вибровоздействия при бетонировании осуществляют в течение времени, при котором прочность бетона не достигнет величины, равной 0,5 от нормативной для данной марки бетона.

Для гидроизоляции основании со стороны земной коры и предотвращения возможных утечек флюидов в грунт основания на удалении 300-400 м от основания проходят выработку глубиной, превышающей не менее чем втрое глубину размещения основания в грунте и из нее параллельно дневной поверхности бурят ряд скважин, в которые нагнетают под давлением сжиженный газ с расклинивающими агентами и осуществляют гидроразрыв, а при формировании про- тивофильтрационного экрана по всей площади основания нагнетают в него геле- образующие растворы в совокупности с вибровоздействиями, причём направление вибровоздействия ориентируют в сторону

простирания пробуренных для проведения гидроразрыва скважин.

Таким образом, грунт основания и само бетонное основание подвергают воздействию всех видов сжимающих и растягивающих вибрационных нагрузок в широком диапазоне частот, что способствует как увеличению проницаемости пород и труп- та основания при нагнетании в них разупрочняющих растворов, так и более полному заполнению пор и трещин скрепляющими растворами и соответственно увеличение их прочности увеличение их прочности, снижает стоимость работ и увеличивает безремонтный срок службы оснований промышленных сооружений и АЭС.

Сущность способа состоит в том, что под воздействием мощных вибрационных нагрузок на пути распространения колебаний возникают волны сжатия и растяжения, воздействующие на флюиды - жидкости и газы, содержащиеся в порах и трещинах массива основания, как тектонический насос и способствующий их миграции - распространению во много раз быстрее (на несколько порядков), чем в отсутствие упругой волны. Это явление называют упругим миграционным геоэффектом. Он имеет влю- бых диапазонах частот - герцы, кГц, МГц и.

способствует получению эффекта как разупрочнения, так и упрочнения грунтов и пород с использованием упругих колебаний в выбранном диапазоне частот. Проницаемость грунтов при.обычных условиях составляет

0,01-0,05 МДарси, а при вибровоздействиях в диапазоне 60-1500 Гц составляет 0,9- 7,8 МДарси. Миграция флюидов в порах и трещинах основания сопровождается;

- перераспределением поля упругих на- пряжений на пути распространения упругой волны;

- частичной дегазацией грунтов и пород- истечением газов из пор и трещин, т.е. изменяются прочностные свойства грунтов

и пород за счет изменения перового давления при миграции флюидов, что в свою очередь влечет изменения прочностных свойств пород, окружающих эти поры и трещины. При нагнетании в совокупности с

вибровоздействиями разупрочняющих растворов с расклинивающими агентами повышается проницаемость пород и грунтов и в них затем легче закачать скрепляющие растворы, которые более глубоко проникают в грунт массива, и при бетонировании вибрационные нагрузки позволяют управлять состоянием и свойствами бетона - его вязкостью, что в свою очередь увеличивает прочность основания грунта и бетонного основания, работающих после виброобработки в выбранном диапазоне частот, как единое целое. Прочность пород и грунтов после нагнетания в них укрепляющих растворов повышается на 30-60%, что проверено методом гидроразрыва до и после виброобработки.

Преимущества способа заключаются в том, что размещение источников позволяет

возбуждать упругие колебания в выбранном диапазоне частот при неизменных контактных условиях в режиме накопления;

свести поле упругих напряжений в массиве основания к равномерному;

улучшить гидро- и аэродинамические связи массива и повысить его проницаемость;

управлять состоянием и свойствами бетона и других скрепляющих растворов при инжектировлнии их в массива;

повысить эффективность способа и сни- зиты энергоемкость процесса, увеличить безремонтный срок службы основания объекта.

Использование изобретения позволяет значительно сократить сроки бетонирования и увеличить безремонтный срок службы основания объекта, повысить прочность сцепления грунтов и пород основания с бетоном по сравнению с имеющимися классическими способами бетонирования.

Использование: изобретение относится к различным видам дорожного, гидротехнического, подземного строительства, механике гбрных пород и может быть использовано для повышения прочности сцепления оснований промышленных объектов и АЭС с породами и грунтами массива. Изобретение м.б. использовано для повышения эффективности бетонирования. Увеличения прочности основания для промышленных объектов и АЭС за счет более прочного сцеНления бетона с грунтом. Согласно способу бурят скважины на удалении друг от Изобретение относится к различным видам дорожного, гидротехнического и подземного строительства и может быть использовано для инжектирования скрепляющих растворов породы и грунты массива для повышения их прочности. Известен способ упрочнения строительных грунтов, включающий бурение скважин в грунте, подачу в них через трубы струй воды, разрушение грунта. Сопло со струёй перемещают вверх и вниз, чтобы обеспечить равномерное измельчение грундруга 3-5 длин волн основной частоты, излучаемой в массив, определяют поле напряжений и главные векторы максимального и минимального главных напряжений в массиве, размещают в скважинах виброисточники, ориентируют оси источников з направлении действия максимального главного напряжения и заполняют скважины упруго-вязким телом. Затем в основании промышленного объекта бурят скважины в шахматном порядке с шагом 3-5 м на глубину, более чем втрое превышающую глубину заложения основания в массиве горных пород, приводят массив в возбужденное состояние в диапазоне 60-1500 Гц в совокупности с нагнетанием в породы раз- упрочняющих растворов и вибровоздействия осуществляют в течение времени, при котором деформации сжатия сменят деформации растяжения. После этого переходят на частоту собственных колебаний горного массива и нагнетают в грунт скрепляющие растворы, что позволит по сравнению с имеющимися классическими способами значительно повысить эффективность способа и увеличить производительность труда. 11 з,п:ф-лы, 2 ил. та, после чего также через сопло производят нагнетание в скважину цементной суспензии. Известный способ трудоемок, нетехнологичен, не позволяет управлять состоянием и свойствами грунтов на нужную глубину и эффективно инжектировать скрепляющие растворы в глубину массива для повышения прочности основания объекта. Известен также способ крепления горных выработок, включающий бурение скважин на расстоянии 3-5 длин волн основной -s Ј VJ ю о о to ел со

Формула изобретения

превышающей не менее чем втрое глубину размещения основания в грунте, и из нее параллельно дневной поверхности бурят ряд скважин, в которые нагнетают под давлением сжиженный газ с расклинивающими агентами и производят гидроразрыв, а при формировании противофильтрационно- го экрана по всей площади основания нагнетают в него гелеобразующие растворы в совокупности с вибровоздействиями, причем направление вибровоздействия ориентируют в сторону простирания пробуренных для проведения гидроразрыва скважин.

раствора бензолсульфокислоты, карбоната натрия и ПАВ ОП-7,

&&2