Способ термического укрепления грунта Советский патент 1983 года по МПК E02D3/11 

Изобретение относится к строительству, в частности к ликвидации проса доЧных свойств связных, преимуществен но лессовых, грунтов путем их тералического упрочнения. Известен способ термического укреп ления грунта, включающий бурение сква жин, продувку грунта сжатым воздухом сжигание в скважинах горючих смесей и обжиг грунта при избыточном давлении продуктов горения 1. Наиболее близким к предлагаемому является, способ термического укрепления грунта, включающий образование скважины, размещение в ней с кольцевым зазором перфорированного трубчатого экрана, герметизацию скважины, образование потока горячих газов, по дачу в кольцевой .зазор сжатого воздуза и нагнетание горячих газов в грунт 12. Недостаток известных способов заключается в том, что при укреплении грунта на большую глубину из-за огра ниченной длины факела возникает необходимость выполнять работы по отдельным участкам, чзоизм.еримым с длиной факела, что ис ключает возможност равнопрочного укрепления различных по высоте скважины слоем грунта с раз ной газопроница емостью. Цель изобретения - обеспечение укрепления грунтов с разной газопроницаемостью по горизонтам. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему образование скважины, разме1це ие в ней с кольцевым зазором перфорированного трубчатого экрана, герметизацию скважины, подачу в кольцевой зазор ежатого воздуха и нагнетание горячих газов в грунт, герметизацию скважины проводят у ее устья и на. границах горизонтов с разной газонепроницаемостью, подачу сжатого воздуха ведут после нагнетания горячих газов в грунт, а в период нагнетания последних осуществляют ВБиерживание в нижнем горизонте давления, определяемого из соотношения-DS-n V--, Т/ где D - диаметр трубчатого экрана в нижнем горизонте,- м; D - диаметр отверстий в экране, м; п - число отверстий в экране в :пределах нижнего горизонта; Т - температура горячих газов при входе их в грунт нижнего горизон та, С; Тр - температура газрв внутри эк рана в пределах нижнего горизонта, С; . VVA средняя удельная скорость газов при входе в грунт нижнего гори зонта, М/Ч-. мПа; VQ - скорость газов внутри экрана в начале нижнего горизонта, м/ч. На чертеже приведена схема, реали зующая предлагаемый способ. Способ осу111ествляется следующим образом. Вначале бурят скважину 1 и -монтируют в н соосно на всю глубину пер форированный трубчатый экран-2 меньшего, чем скважина 1 диаметра. Экран 2 закрепляют в скважине 1 фиксаторами 3. После этого герметизируют сква жину 1 затвором 4 и подключают последний в теплоизолированному трубопроводу 5, соединенному с генераторо 6 тепловой энергии и компрессором 7. Затем сжигают горюч-ие смеси в генераторе, 6, подают горячие газы через отверстия 8 в перфорированном экране 2 в кольцевой зазор 9 и поддерживают в нем избыточное давление, определяе мое из соотношения.(1). Горячие газы равномерно прогревают грунт в стенках скважины 1 и фильтруются в укреп ляемый массив грунта 10, нагревая ег до требуемой температуры. Сжигание горючих смесей в генераторе 6 производят пока расчетная температура обжига не достигает 0,8-0,9 радиуса укрепляемого массива грунта 10, что фиксируется показаниями теруюпар 11 с самопишущими приборами 12. После этого в кольцевой зазор 9 нагнетают от компрессора 7 сжатый воздух, кото рый фильтруется в нагретый массив грунта 10 и перераспределяет аккуму лированное им тепло. Подачу сжатого воздуха прекращают, когда расчетная температура обжига достигнет границы 13 укрепляемого массира грунта 10. Чтобы горячие газы равномерно заполняли весь кольцевой зазор 9, число .отверстий 8 в перфорированном экране 2 по его высоте принимают различное. ЕСЛИ газопроницаемость стенок скважи ны 1 по его высоте различна, то она оборудуется сальниковыми прокладками 14, герметизирующими слои с различной фильтрационной способностью грун та. При этом экран 2 выполняют с пе ременным диаметром, определяемым из соотношения n.-n-YcI То . TC где Djj - диаметр- скважины, м; VG - скорость поступления нагре тых газов в трубчатый экран, м/ч; Vc - скорость поступления газов в грунт, м/ч; TO - температура горячих газов на входе в экран. К; TC, - температура газов на входе в грунт, К. При укреплении грунта с разной, газопроницаемостью его слоев по.глубине величину давления горячих газов по соотношению (1) Ьпределяют только для наиболее удаленного слоя, нижнеjfo. Если грунт по глубине его укрепления имеет одинаковую газопроницаемость, соотношение (1) остается справедливым и для -этого случая. Генерация горячих газов вне:скважины 1 при помощи устройств б позволяет исключить процессы розжига и регулирования длины факела горения в стволе скважины 1, а также улучшает условия для равномерного распределения температуры по всей высоте скважины 1. Пример. На участке работ производится термическое укрепление однородного массива из лессового прос;адочного грунта мощностью 15м отдельными опорами диаметром 2м. Расчетная температура обжига 300 С. По данным пробного опытного обжига скорость нагретых газов при входе в грунт 36 м/ч, удельная скорость 368 м/ч;мПа. Скважина 1 бурится на глубину 15 м установкой ЛБУ-50 диаметром 0,1 м. Сжигание горючих смесей из газового топлива теплотворной способностью 35 м.Дж/кг и сжатого воздуха, подаваемого от компрессора 7 типа ВН-10, производится в агрегате 6, размещенном вне скважины 1. Перед герметизацией скважины 1 затвором 4 в- ней монтируется перфорированный экран 2 диаметром 0,05 м с 50 отверстиями диаметром- 0,01 -м. Горячие газы поступают в трубчатый экран 2 с температурой , а в грунт в стенках скважины 1 с температурой , В кольцевом зазоре 9 поддер кивается- избыточное давление0,1 мПа. Нагнетание горячих газов в , укрепляемый массив грунта 10 осуществляется пока температура ЗОСРс не распространяется на расстояние 0,85 м от оси скважины 1. На это требуется 120 ч. После отключения генератора 6 в зазор 9 нагнетается от компрессора 7 сжатый воздух в течение 24 ч, пока расчетная температура 300 С не достигает внешнего контура 13 укрепляемого массива грунта 10. Этот момент фиксируется термопарами 11 типа ТХА-УШ, установленными в грунте, и самопишущими приборами 12 класса точности 0,5. . Одновременно на данной площадке производится термическое укрепление, грунта известным способом путем сжигания газового топлива в скважине 1 с разделением ее на два участка по глубине, длиной снизу вверх 8 и 7 м.

Результаты сравниаельного анализа приведены в таблице. .

Таким образом, продолжительность обжига сократилась на 30%.

Формула изобретения Способ термического укрепления гру нта, включающий образование скважины размещение в ней с кольцевым зазором перфорированного трубчатого экрана, герметизацию скважины, подачу в коль){;евой зазор сжатого воздуха и нагне тание горячих газов в грунт, о т л и ч а ю щ и и с я .тем, что, с целью обеспечения укрепления грунтов с разной газопроницаемостью по горизонтс1м герметизацию скважины проводят у ее устья и на границах горизонтов с разной газопроницаемостью, подачу сжатого воздуха ведут после нагнетания горячих газов в грунт, а в период нагнетания последних осуществляют выдерживание в нижнем горизонте давления, определяемого из соотношения р ..,- , DV. п. v,,.iJ где D-r - диаметр трубчатого экрана в нижнем горизонте, м; .

Рд - диаметр отверстий в экране, п - число .отверстий в экране в пределах нижнего горизонта; TC - температура горячих газов при входе их в грунт нижнего горизонта, С; TO - температура газов внутри экрана в пределах нижнего горизонта, С; . .Ууд- средняя удельная скорость газов при входе в грунт нижнего горизонта, м/ч-мПа; УО - скорость газов внутри экрана в начале нижнего горизонта, м/ч. Источники-информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 613005, кл, D 3/10, 1976. 2.Авторское свидетельство CQCP по заявке 2986928/29-33, кл.,Е 02 D 3/11, 1980.