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

Изобретение относится к укреплению грунта в строительстве термическим воздействием при возведении стены в грунте на откосе или насыпи, и при изготовлении грунтовых свай.

Известен способ возведения основания в грунте термическим воздейстЭием, включающий бурение основной и вспомогательных скважин, их герметизацию, сжигание горючих смесей и нагнетание горячих газов в грунт l3.

Наиболее близким к изобретению является способ термического укрепления массива грунта в виде стены, включающий образование в основании стены горизонтальной скважины и примыкающих к последней вертикальных скважин, их герметизацию, нагнетание горячих газов в грунт и заполнение скважин материсшом t2} ,

Существенным недостатком известных способов является относительно низкая производительность, из-за медленного протекания процесса теплопередачи при использовании нагревательной скважины.

Цель изобретения - повышение производительности.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему образование в основании стены горизонтальной скважины.и примыкающих к последней вертикальных скважин, их герметизацию-нагнетание горячих газов в грунт и заполнение скважин материалом, во время образования скважин осуществляют рыхление грун10та укрепляемого массива без нарушения структуры верхнего слоя и введение в него твердого измельченного топлива, перед нагнетанием горячих газов, производят подачу в горизон15тальную скважину подогретого воздуха, а заполнение горизонтгшьной скважины материалом осуществляют в период нагнетания горячих газов, причем вертиксшьные скважины выполняют в виде

20 прорезей.

При этом рыхление грунта и введение в него измельченного топлива производят снизу вверх со снижением количества топлива кверху, а длину

25 прорези от внешнего контура горизонТсьльной сквсокины определяют из зависимости

30 а расстояние между прорезями - из зависимости H.D-2tfC, где D - толщина стены,м; С - ширина вертикгшьной скважи ны, м ; d - скорость термического укре ления грунта, Н - высота вертикальной скважи С - продолжительность термичес кого укрепления, ч. На фиг. 1 изображена образуемая в грунте стена, продольный разрез; на фиг. 2 - размещение скважин в плане. Способ осуществляется следующим образом. Вначале в откосе 1 в объеме изг тавливаемой стены 2 разрыхляют по правлению снизу вверх укрепляемый грунт 3 с оставлением слоя 4 с ненарушенной структурой, одновременн перемешивая грунт 3 с измельченным твердым топливом, количество которого определяют из соотношения. G-- f-tt6(to-te)0- f к (О где С - массовая теплоемкость грунта,мДж/ (кг с) ; ТГ - объемная масса грунта, .кг/м Q - теплота сгорания топлива, мДж/кг; Н - высота укрепляемого массива грунта,м; X - расстояние от основания сте нЫ М г t - температура воспламенения топлива в грунтовой смеси, tjj- температура грунта в основа нии стены,С; f - опытный показатель термогр мы; К - коэффицент учета тепловых п терь. Вертикальные скважины 5 образуют вдоль стены 2 и оборудуют их отвода ми б с вентилями 7 и вытяжными тру бами 8 длиной, определяемой из соот ношения (2). Горизонтальную скважин 9 образуют в основании стены 2 так же на всю ее длину, герметизируют затвором 10 с форсункой 11. Грунт 12 на наружной поверхности откоса 1 уплотняют. -Н Са) где Р - избыточное давление газов расчетное, кг/м ДР - избыточное давление газов в горизонтальной скважине, кг/м1 ТГ - объемная масса мосферного воздуха, кг/м; Т - температура атмосферного воздуха, К; Tj,- температура газов в горизонтальной скважине, К. Вертикёшьные скважины 5 образуютод .в виде щелей, которые размещают друг от друга на расстоянии, опредеделяемом из зависимости he,--D-evc , (г) где D - толщина стены,м; с -ширина вертикальной скважи - длина вертикальной сквёикины, опр(еделяемая из зависимости e-1-Vlf (4) где d - скорость термического укрепления грунта, wf4; Н - высота вертикальной скважины, С - продолжительность обжига,ч. В зависимости от требуемой толщины D, образуемой в грунте стены, длина t 1зертикальной скважины Ь может быть равна нулю, при этом толщина D стены будет минимальной, а вертикальная скважина Ь может быть выполнена круглой в сечении, в случае наибольшего значения D для обеспечения равномерного распределения тепловой энергии применяют разводящий трубопровод 13, при этом твердое топливо в грунт может не вводиться. Затем проверяют надежность герметизации и через форсунки 11 на затворе 10 от калорифера 14 подают в горизонтальную скважину 9 нагретый воздух, который проходя через смесь грунта с топливом 3, воспламеняет его и, фильтруясь снизу вверх, интенсифицирует процесс горения топлива. Отвод отработанных газов осуществляют через вентили 7 на отводах G, регулируя их выход в атмосферу пока весь грунт 3 не прогреется до температуры на внешнем контуре укрепляемого массива, определяемой и-з соотношения , a(Uyvi)tp-to ,5.4 -l+lm где t,- средняя температура стенок скважин,С; t - расчетная температура обжига грунта, С; m - показатель тер иогрс1ммы. С помощью форсунки 11 образуют поток 1Ь горячих газов и постепенно заполняют ствол скважины 9 расплавленным грунтом 16. Недостающий для заполнения скважины 9 грунт 16 подается сверху из вспомогательных скважин Ь, Температуру грунта определяют комплектом термопар 17 с самопишущим прибором 18.

Применение вытяжной трубы 8 на вертикальных скважинах 5 увеличивает естественную тягу в соответствии с соотнсяиением (2) и интенсифицирует процессы сжигания топлива в грунтовой смеси.

Пример. На экспериментальной площадке изготавливают три стены в откосе из покровного суглинка, имеющие размеры, м: длина 5; высота 5; ширина 1. В грунт вводят измельченное топливо из каменного угля с теплотой сгорания 16 мДж/кг.

Бурение скважин и рыхление грунта выполняют с помощью установки ППВСIb и шиекового приспособления к ней с полым валом. Рыхление осуществляют шириной одного захода 0,5 м. Воздух в горизонтальную скважину подают из установки на базе калорифера УСВ-300 подогретым до 250-300 С. Температура воспламенения топлива . Температуру грунта в основании стены поддержИвают 900-9ЬО С. На изготовление стен затрачивают соответственно 2,5;2,,3-2,15 сут, израсходуют 3300-31903020 мДж/м тепловой зиергии и 0,920,81-0,76 нм/мДж воздуха. Трудоемкость работ изготовления каждой стёны составляет соответственно 1,681,Ь2-1,44 чел. ..

Одновременно в аналогичных условиях изготавлива1рт стену известным способом, при этом продолжительность работ составляет 2,6 сут,затрачивают тепла 3600 мДж/м и воздуха 1,12 нм/мДж, Трудоемкость работ составляет 1,93 чел.

Сравнительный анализ результатов эксперимента показывает, что применение предлагаемого способа позволяет повысить производительнорть на 4-21%, уменьшить расход тепловой :эиергии на 9-19,5% и затраты воздуха на 23-47%, При этом трудоемкость снижается на 15-34%. Формула изобретения . 1. Способ термического укреплен массива грунта,преимущественно в виде стены на откосах, включающий

образование в основании стены горизон альной скважины и примыкающих к последней вертикальных скважин, их герметизацию, нагнетание горячих газов в грунт и заполнение скважин материалом, о т л и ч а .ю щ и йс я тем, что, с целью повьпиения производительности, во время образования скважин осуществляют рыхление грунта укрепляемого массива без наQ рушения структуры верхнего слоя и

введение в него твердого измельченного топлива, перед нагнетанием горячих газов производят подачу в горизонтальную скважииу подогретого воздуха, а заполнение горизонтальной

5 скважины материалом осуществляют в период нагнетания горячих газов, причем вертикальные скважины выполняют в виде прорезей.

2.Способ по п. 1, о т л и ч а0 щ и и с я тем, что рыхление грунта

и введение в него измельченного топлива производят снизу вверх со снижением количества топлива кверху.

3.Способ по п. 1, о т л и ч а5 ю щ и и с я тем, что длину каждой

прорези от внешнего контура горизонтальной скважины определяют из зависимости

30

а расстояние между прорезями - из заВИСИМОСТИ ц,в.,,,,с,

где D - толщина стены, м;

с - ширина вертикальной скважины,

м;

d - скорость термичес1« го укрепления грунта, м/ч; Н - высота вертикальной скважины,

м;

t - продолжительность термического укрепления, ч. Источники информации, инятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР S38094, кл. Е 02 О 3/11, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР 837997, кл. Е 02 D 3/10, 1979.

1