Способ термического укрепления грунта Советский патент 1981 года по МПК E02D3/11 

Изобретение относится к строителству оснований различных сооружений путем термического упрочнения грунта с устранением его просадочных cвoйqтв.

Известен способ термического укрепления грунта, включающий бурение скважины, продувку грунта сжатым воздухом, сжигание в скважине горючих смесей и обжиг грунта при избыточном давлении продуктов горения 1.

Известен также способ термического укрепления грунта, включающий бурение скважины, ее герметизацию, подачу сжатого воздуха, сжигание горючих смесей и нагрев стенок скважины нагнетанием в грунт горячих газов 2 .

Недостаток указанных способов заключается в том, что не используется тепловая энергия, аккумулируемая прилегающей к скважине массой грунта, что приводит к перерасходу на 45-60% сжигаемого топлива, необходимого для устранения просадочных свойств грунта, и дополнителным затратам энергии на нагнетание больших объемов воздуха, превосходящих в 3,5-5 раза требующееся количество для сжигания топлива.

Цель изобретения - снижение энергозатрат и экономия топлива.

Поставленная цель достигается тем, что в способе термического укрепления грунта, включающем бурение скважины, ее герметизацию, подачу сжатого воздуха, сжигание горючих смесей и нагрев стенок скважины нагнетанием в грунт горячих газов, подачу сжатого воздуха ведут после нагнетания горячих газов, а нагрев стенок скважины осуществляют .циклично, сначала нагревают на 3050 0 ниже температуры начала спекания грунта, а затем охлаждают до 500-600°С.

На чертеже приведена технологическая схема осуществления предлагаемого способа.

Способ осуществляется следующим образом. , I

Первоначально бурят скважину 1, герметизируют ее затвором 2 с форсункой 3 и подают в эту скважину горючую смесь под давлением. После розжига горючей смеси производят равномерный нагрев стенки 4 сква-.

ткинА 1 на 30-50 ниже температуры начала спекания грунта, затем увеличивают содержание воздуха в горючей смеси и охлаждают стенку 4 до ЗОО-бОО С, Затем сокращают подачу воздуха до минимального количества, необходимого .для полного сгорания топлива, т.е. до 11,2 м на 1 к жидкого топлива,,и, этим повьзшают температуру газов в зоне факела, повторно нагревая стенку скважины на 30-50 ниже температуры начала спекания грунта. Процессы нагревания и охлаждения стенки скважины 1 повторяют многократно, пока минимальная температура для устранения просадочных свойств грунта не достигнет внешней границы 5 укрепляемого массива 6 грунта. Затем отключают подачу топлива и продолжают нагнетать в укрепляемый массив 6 грунта атмосферный воздух в течение 2-2,5 ч.

Интервал температуры стенки скважины и начала спекания грунта в 30-50 определяется точностью измерительных приборов, в качестве которых используются оптические пирометры, например ОПИР-17 и ОПИР-45. Охлаждение грунтовой стенки до 500-600 определяется температурой воспламенения горючей смеси. При охлаждении стенки этой температуры горючая смесь может не воспламеняться, что вызовет необходимость зажигания ее запальником.

На завершающей стадии термического укрепления грунта ведется продувка нагретогоМассива 6 атмосферным воздухом,в процессе которой атмосфеный воздух проходит вначапе через более нагретую массу грунта и, нагреваясь, отдает затем полученную тепловую энергию периферийной части укрепляемого грунта, повышая его температуру.

Такая технология способа терМЙЧС5СКОГО укрепления, грунта путем многократного нагревания и последующего охлаждения стенки скважины обеспечивает использование тепла, аккумулируемого близлежащей к скважине массой грунта, нагретой до температуры больше минимально необходимой, и последующее nepepacnpieделение тепла в массиве. Охлаждение стенки скважины позволяет нагнетать в массив грунта газы с температурой значительно более высокой, чем температура начала спекания грунта, что отличает предлагаемый способ от известных, при которых температу газов и стенки практически остается постоянной.

Пример. На участке работ пробуривают две одинаковые по диамеру и глубине скважины 1, укрепление грунта в одной из которых осуществляется по предлагаемому способу, а в другой - по известному. Каждая скважина 1 герметизируется с помощью затвора 2 с форсункой 3 для сжигания жидкого топлива с теплотворной способностью 4200 кДж/кг. Температура начала спекания грунта на участке составляет . После запуска форсунки 3 в скважину 1 нагнетаются горячие газы под давлением 0,2 МПа и стенки 4 скважины 1 нагреваются до при температуре газов. 120 О С.

Затем стенки 4 скважины 1 охлаждаются до 600°С и вновь нагреваются и охлаждаются. На внешней границе 5 укрепляемого массива 6 достигается температура, равная , которая регистрируется с помощью термапары. После этого через скважину 1 в укрепляемый массив 6 подается атмосферный воздух, при котором температура i на границе 5 достигает и держится на этом уровне 2 ч.

Результаты испытаний представлены в таблице.

1200

1000

900

950

35

50

70

80

Применение предлагаемого способа термического укрепления грунта позволяет снизить расход жидкого топлива до 25% и затраты энергии на подачу воздуха на 30-40%, при этом общая стоимость единицы объема укрепляемого грунта на 20-25% ниже.

Формула изобретения

Способ термического укрепления грунта, включающий бурение скважины ее герметизацию, подачу сжатого воздуха, сжигание горючих смесей и нагрев стенок скважины нагнетанием в грунт горячих газов,о т л ичающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат и экономии топлива, подачу сжатого воздуха

ведут после нагнетания горячих газов, а нагрев стенок скважины осуществляют циклично, сначала нагревают на 30-50 С ниже температуры начала спекания грунта, а затем охлаждают до 500-6ОО-С.

Источники информации,принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 613005, кл. Е 02 D 3/10, 1976,

2.Авторское свидетельство СССР 538094, кл. Е 02 D 3/10, 1974.