Устройство для закрепления грунта

Техническое решение относится к области строительства в сложных гидрологических условиях, в частности к укреплению массива слабых просадочных грунтов, путем введения в них инъекционного закрепляющего раствора. Задачей технического решения является повышение эффективности темпов по закреплению массивов слабых просадочных грунтов за счет технологичности и упрощения конструкции. Поставленная задача решается тем, что инъектор включает перфорированную колонну, трубопровод подачи закрепляющего раствора и штока с элементами уплотнения, причем основание иньектора выполнено в виде системы трубного соединения «труба в трубе», одна из которых является основанием сваи с колосообразной сердцевиной ствольных проемов, поперечно ярусные запитующие ветви которых выполнены с разводами выходных ствольных отверстий под восходящим угловым наклоном в сторону буферного пространства укрепляющего участка грунта, а другая является соосно-подвижной растворе-подающей штангой с пневмозамком, число запитывающих ветвей в основании насчитывает не менее двух, а угол наклона упомянутых выходных ветвей составляет в пределах 10°-45°.

Техническое решение относится к области строительства в сложных гидрологических условиях, в частности к укреплению массива слабых просадочных грунтов, путем введения в них инъекционного закрепляющего раствора.

В настоящее время в практике строительства остро стоит вопрос по применению высоко эффективных технологий направленных на закрепление грунтов оснований зданий и сооружений в сложных инженерно-геологических условиях. По этому вопросу представляет интерес весьма перспективного направления в основаниях инженерных сооружений геологических структур в виде комплекса закрепленных зон, которые способны формировать пространственную структуру грунта с высокой несущей способностью. Общей анализ показывает, что данное техническое решение перспективно, целесообразно и представляет особый интерес для решения имеющихся строительных задач требующих обеспечения закрепления слабых грунтов на отведенных под стройку строительных площадок.

Известен инъектор для нагнетания в грунт закрепляющих растворов, включающий полый корпус с отверстиями внутри которого подвижно установлена подводящая труба с надувными сообщающимися между собой камерами из эластичного материала, а между камерами установлен манжет из эластичного материала перекрывающий отверстия, образованные на боковой поверхности подводящей трубы [1].

Недостатком известного инъектора является не высокая эффективность производства из-за конструктивной сложности инъектора, обусловленная необходимостью создания высокого давления в надувных камерах для продавливания закрепляющего раствора.

Известен инъектор для нагнетания закрепляющих растворов в грунт, включающий перфорированную трубу с наконечником и запорной частью, кроме того он снабжен размещенным внутри перфорированной трубы излучателем ультразвуковых колебаний с подвеской в виде кабельтроса и приводом вертикальных перемещений излучателя, установленным в верхней части перфорированной трубы, а последняя выполнена с сальниковым устройством для кабельтроса [2].

Недостатком известного инъектора является незначительная эффективность нагнетания укрепляющего раствора вызванная самой сложностью инъектора и не высокой технологичностью процесса обусловленная применением довольно сложного оборудования.

Известное «Устройство для образования скважин и нагнетания закрепляющего раствора в грунт», принятое за прототип, включает обсадную трубу и соединенную с ней переходную с полым перфорированием наконечником, кроме того снабжено смонтированным в обсадной трубе гидроцилиндром со штоком и закрепленным на его конце поршнем, а переходная труба в верхней части выполнена с направляющим скосом для поршня и снабжено закрепленным на поршне плунжером, имеющим возможность перемещения в полости наконечника [3].

Недостатком известного устройства является незначительная эффективность нагнетания закрепляющего раствора в грунт из-за сложности оборудования в обсадной трубе, требующего дополнительных затрат на обеспечение работы привода - подающих устройств.

Задачей заявляемого технического решения является повышение эффективности темпов по укреплению массивов слабых просадочных грунтов.

Техническим результатом, позволяющим решить поставленную задачу является обеспечение технологичности ведения производства и упрощения конструкции инъекторной части рабочего оборудования.

Поставленная задача заявляемого технического решения «Устройство для закрепления грунта» содержит общие существенные признаки выраженные определенными понятиями. Совокупность этих признаков выражена тем, что устройство выполнено с перфорированной колонной, трубопроводом подачи закрепляющего раствора и штока с элементами уплотнения.

По отношению к прототипу заявляемое техническое решение имеет отличительные признаки, заключающиеся в том, что инъектор выполнен в виде системы трубчатого соединения «труба в трубе», одна из которых является основанием сваи с колосообразной сердцевиной ствольных проемов, поперечно-ярусные запитующие ветви которых выполнены с разводами выходных ствольных отверстий под восходящим угловым наклоном в сторону буферного пространства укрепляющего участка грунта, а другая является соосно-подвижной раствороподающей штангой с пневмозамком, причем число запитывающих ветвей в основании сваи насчитывает не менее двух, а угол наклона упомянутых выходных ветвей составляет в пределах 10°-45°.

Между отличительными признаками и поставленной задачей существует причинно - следственная связь, при которой положительный результат обусловлен обеспечением технологичности ведения производства и упрощения конструкции инъекторной части рабочего оборудования, что существенно повышает эффективность строительных работ.

Исполнение инъектора в виде системы трубчатого соединения «труба в трубе» способствует формированию значительной простоты конструкции облика элементной базы инъектора и его сборочной оснастки, благоприятно влияет на взаимное сочетание технологической организации производства закачки закрепляющего раствора в грунт, что в конечном счете существенно влияет на повышение эффективности работ связанных с укреплением просадочных грунтов.

Использование одной из труб инъектора в качестве основания сваи с колосообразной сердцевиной ствольных проемов, поперечно-ярусные запитующие ветви которых выполнены с разводами выходных ствольных отверстий под восходящим угловым наклоном в сторону буферного пространства укрепляющего участка грунта, показывает на благоприятное взаимное сочетание простоты, и рациональность ориентации элементов исполнения, что позволяет технологически более эффективно вести запитку раствора в грунт через простые элементы оснастки.

Использование другой трубы в виде соосно подвижной раствороподающей штанги с пневмозамками, позволяет осуществлять формирование структурно-технологические взаимосвязи-простых элементов инъектора и обеспечивает комплексную технологичность подачи раствора в грунт в зоне проведения инъекции.

Использование в основании сваи не менее двух запитывающих ветвей подачи раствора позволяет получить более эффективные технологические и эксплуатационные характеристики подачи раствора в определенной зоне закрепляемого грунта.

Использование угла наклона выходных ветвей подачи раствора в пределах 10°-45° способствует формированию более эффективного заполнения объемных границ контакта раствора со средой грунта.

В предложенном к рассмотрению техническом решении каждый из существующих признаков необходим, а их взаимосвязь является достаточной для получения новизны и положительного эффекта.

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемого, технически прямо не известна из уровня техники. Сравнение предложенного к рассмотрению технического решения «Устройство для закрепления грунта» позволяет установить некоторое совпадение тенденций в проработке подобных направлений, которые существуют в настоящее время в изготовлении инъекторов. Эта тенденция наблюдается и в заявляемом материале заявки, хотя решение выражено несколько иным путем, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию «Новизна».

Заявителю не известны инъекторы обладающие ранее указанными отличительными существенными признаками, позволяющими явным образом достичь того же технического результата. Полученный положительный эффект, в общей совокупности отличительных признаков, отличает заявляемое техническое решение от прототипа принятого для заявляемой полезной модели, является прогрессивным, представляет интерес и имеет перспективное направление, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «Неочевидность».

Заявляемое техническое решение может быть многократно использовано в строительном производстве по закреплению просадочных грунтов без ухудшения технических и эксплуатационных характеристик, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «Промышленная применимость».

Предложенное к рассмотрению «Устройство для закрепления грунта» является общеполезным, представляет особый интерес при обеспечении закрепления слабых грунтов и может составить значительный спрос.

Сущность полезной модели поясняется графикой:

фиг.1 - показам общий вид инъектора с разрезом в массиве

Фиг.2 - показан инъектор с разрезом

Фиг.3 - показано основание сваи в разрезе

Устройство для закрепления грунта включает инъектор 1 в виде системы трубчатого соединения «труба в трубе». Одна из труб является основанием сваи 2 с колосообразной сердцевиной 3 ствольных проемов, через которые передается раствор и поперечно - ярусные запитывающие ветви 4, которые выполнены с разводами выходных ствольных отверстий 5 с малой базой и упрощенной конструкции под восходящим угловым наклоном в сторону буферного пространства укрепляемого участка 6. Число запитывающих ветвей 4 в основании сваи 2 насчитывается не менее двух, но в практическом использовании может и больше в зависимости от состояния конкретных грунтов. Другая труба, внутренняя, является соосно-подвижной раствороподающей штангой 7 с распорным на нижнем ее торце пневмозамком 8, который является поджимным элементом подачи раствора 9 к запитывающим ветвям 4. Угол наклона запитывающих ветвей 4 находится в пределах от 10°-45°.

Комплекс строительно-монтажных работ по закреплению геотехногенного грунта 10 начинается с уточнения расположения полученных коммуникаций (водопровода, канализации, кабельной сети, телефона, газа, а так же расположения и состояния сооружений находящихся вблизи места предполагаемого проведения плановых мероприятий.

Далее проводят на укрепляемом участке разметку конфигурации будущих центров взаимосвязи, устанавливают геометрические параметры закрепляемого массива и после чего ведут подготовку поверхности исходного пункта основания, производят подготовку к работе оборудования, обеспечивают формирование требуемых установочных типоразмеров штанг 7 и начинают делать объемно-глубинные скважины с начальным давлением внутри равным горизонтальному давлению грунта 10, на глубину залегания требуемой зоны уплотнения. Далее основание сваи 2 задавливают в эту скважину. Обычно, свай 2 и штанг 7 может быть несколько. После полного заглубления сваи 2 на требуемую глубину производят установку растворо-подающей штанги 7 в центральный ствольный проем сердцевины 3 сваи 2, чем и образовываем систему трубного соединения «труба в трубу», т.е. инъектор 1 собран и готов к работе. Затем подают определенную массу раствора от растворной станции, через напорный трубопровод, в штангу 7 посредством специального гетерогенного насоса, которые входят в оснастку общей системы оборудования на обеспечение закрепления слабых грунтов, смонтированных на базовой машине, в полость основания сваи 2 и наполняют ее раствором 9 до определенного объема. При последующем движении штанги 7 вниз к основанию сваи 2, под действием вертикального нагружения на массу раствора 9 в промежуточной зоне между основанием сваи 2 и пневмозамком 8 создается давление. Пневмозамок 8 сжимается, закупоривает центральный проход раствороподающей штанги 7 и далее динамически воздействует на массу заправочного раствора 9, в полостях основания сваи 2, и задавливает его через ее ствольные отверстия 5 поперечно-ярусных заправочных ветвей 4 в закрепленный грунт 10 объемно-геотехногенной структуры в центр активной корневой структуры взаимосвязи на всю глубину активной зоны интенсивного воздействия, с целью обеспечения структурных преобразований грунта 10 и обеспечения водонепроницательности от годростатического воздейчтвия и повышения коэффициента запаса устойчивости укрепляемого массива. Инъектирование и закрепление грунта естественного сложения для повышения его несущей способности производится на глубину активной зоны. Продолжительность подачи закрепляющего раствора в зону грунта 10 определяется при визуальном наблюдении до момента фиксирования изменения сопротивления закрепляемого грунта 10, т.е. по внешнему виду нарастания приобретения жесткости задавливания закрепляющего раствора 9, и степени его прохода в зону грунта 10. Проделывают упомянутые операции - до получения оптимального замоноличивания грунта 10 и может повышаться в зависимости от требуемой системы замоноличивания определенного участка в виде точечной инъекции, линейной, контурной, объемной и других форм, исключая полную деформативность закрепляемого грунта. После запитки раствором 9 укрепляемого грунта 10 образуется пространственная упорядоченность, стабилизация взаимосвязей и полно-поверхностное фиксирование структуры грунтовой массы по всей длине взаимосвязи стыков центров инъекции и всей поверхности разделов взаимно-сопрягаемых поверхностей в единой контактной зоне с образованием единого опорно-технологического контура жесткости в установленных направлениях ориентации разветвленных связей.

Источники информации принятые во внимание:

1. А.С. SU 387084. Е02Д 3/12. 1975 г.

2. А.С. SU 624986. Е02Д 3/12. 1978 г.

3. А.С. SU 727742. Е02Д 3/12. 1980 г.

(Прототип)

Устройство для закрепления грунта выполнено в виде инъектора, включающее перфорированную колонну, трубопровод подачи закрепляющего раствора и штока с элементами уплотнения, отличающееся тем, что инъектор выполнен в виде системы соединения «труба в трубе», одна из которых является основанием сваи с колосообразной сердцевиной ствольных проемов, поперечно-ярусные запитывающие ветви которых выполнены с разводами выходных ствольных отверстий под восходящим угловым наклоном в сторону буферного пространства укрепляемого участка грунта, а другая является соосно-подвижной раствороподающей штангой с пневмозамком, причем число запитывающих ветвей в основании сваи насчитывает не менее двух, а угол наклона упомянутых выходных ветвей составляет в пределах 10-45°.