Способ термического укрепления грунта

 

Изобретение относится к области строительства на связных мерзлых грунтах путем их укрепления термическим воздействием с образованием опоры . Изобретение направлено на обеспечение выполнения работ при сезонном замерзании грунта. Это достигается тем, что скважины бурят ниже глубины сезонного промерзания грунта. Размещение в скважине зарядов взрывчатого вещества и инициирование их взрыва производится после нагрева грунта. Нагревание ведется тепловым потоком с температурой 200-300°С до таяния образовавшегося в грунте льда в пределах укрепляемого грунта. Приводится математическая зависимость для определения радиуса контура укрепления грунта 1 табл., 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„Л0„„13 6598

Аi (5!)4 Е 02 0 3 11

ОПИСАНИЕ ИЗОбРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4078701/31-33 (22) 19.06.86 (46) 15.01.88. Бюл. Р 2 (71) Московский текстильный институт им. А.Н. Косыгина (72) А.П. Юрданов (53) 624.138.29:624.138.9(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР и 538094, кл. Е 02 D 3/11, 1974.

Авторское свидетельство СССР

У 914714, кл. Е 02 0 3/11, 1980. (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО УКРЕПЛЕНИЯ

ГРУНТА (57) Изобретение относится к области строительства на связных мерзлых грунтах путем их укрепления термическим воздействием с образованием опоры. Изобретение направлено на обеспечение выполнения работ при сезонном замерзании грунта. Это достигается тем, что скважины бурят ниже глубины сезонного промерзания грунта.

Размещение в скважине зарядов взрывчатого вещества и инициирование их взрыва производится после нагрева грунта. Нагревание ведется тепловым потоком с температурой 200-300 С до таяния образовавшегося в грунте льда в пределах укрепляемого грунта. Приводится математическая зависимость для определения радиуса контура укрепления грунта 1 табл., 2 ил.

66598 2

ЗО

1 13

Изобретение относится к строительству на связных мерзлых грунтах путем их укрепления термическим воздействием с образованием опоры.

Цель изобретения — обеспечение воэможности работ при сезонном замерзании грунта.

На фиг. 1 показана технологическая схема с размещением оборудования до уширения скважины; на фиг. 2— то же, после уширения скважины взрывом.

Способ осуществляется следующим образом.

Вначале бурят скважину 1 диаметром 50-70 мм на глубину 2 ниже сезон. ного промерзания 3 грунта. Затем в скважину 1 устанавливают электронагреватель 4, соединенный через трансформатор 5 с внешним источником 6 электроэнергии. В забое скважины 1 электронагреватель 4 фиксируется прокладкой 7. После включения электронагревателя 4 грунт нагревается до полного таяния льда на внешнем контуре 8 укрепляемого массива, радиус которого определяют из зависимости

I где G — степень влажности грунта в природном состоянии;

G, — степень влажности грунта при таянии в нем льда;

R, — радиус скважины, м;

R „ — радиус уширенной взрывом скважины м, После этого электронагреватель 4 извлекают из скважины 1 и погружают в скважину 1 удлиненный заряд в гидроизоляционной оболочке (не показано) и взрывают его без выброса грунта на поверхность. Мощность заряда рассчитывается по известным закономерностям в зависимости от требуемого диаметра ствола из условий несущей способности. В результате действия взрыва заряда образуется уплотненный слой 9 грунта а содержащаяся в нем влага отжимается в кольцевой слой 10 между уплотненным слоем 9 и внешним контуром 8 укрепляемого массива грунта. Затем в скважину 1 из бункера 11 постепенно погружают грунтовые смеси

12 из местного грунта с добавками, предварительно установив в скважине

1 электронагреватель 4, который по

)Г, 20

55 мере заплавления ствола скважины 1 расплавом 13 извлекают из скважины

1 ° При этом температуру в стволе поддерживают около 1200 С, что превышает в 4-6 раз температуру в скважине

1 в процессе нагревания грунта до полного таяния льда на внешнем контуре 8, которая составляет 300-200 С, что исключает резкое испарение влаги из ствола скважины I, закрытой при этом негерметическим затвором 14.

Контроль за распространением контура

8 полного таяния льда осуществляется через открытые шпуры 1Ъ отбором из них проб.

При необходимости увеличения несущей способности грунтовой опоры забой скважины уширяют (не показано).

При заплавлении ствола скважины 1 могут использоваться и другие источники тепловой энергии, например сжигание топливных смесей известными способами.

Предлагаемая технология выполнения способа основана на следующих закономерностях.

Бурение скважин ниже глубины промерзания грунта позволяет обеспечить устойчивость термогрунтового образования по подошве. Это спсособствует также более интенсивному оттаиванию грунта от забоя восходящими потоками тепла.

Генерация тепла перед взрывом заряда определяется условием обеспечения миграции влаги от стенок шпура в радиальном направлении, что невозможно сделать в неоттаенном грунте из-за наличия в порах льда.

Взрыв обеспечивает отжатие влаги иэ расчетного объема, практически мгновенно. Он дает возможность создавать скважину заданного расчетом размера.

Взрыв образует уплотненный в стенках грунтовый слой, который обеспечивает гидроизоляцию стенок от проникания в ствол отжатой влаги.

Нагревание грунта до полного оттаивания льда на внешнем контуре укрепляемого массива обеспечивает полное освобождение от льда порогового пространства и свободное заполнение его отжимаемой взрывом водой °

Образование вокруг ствола из рас" плава грунта равномерно распределенной оболочки из насыщенного влагой талого грунта устраняет развитие горизонтальных сил сдвига при замер1366598

30

55 зании грунта, т.е. обеспечивает устойчивость термогрунтового образования. Совокупность уплотненного слоя грунта в стенке скважины и расплава грунта при температуре около 1200 С с водонасьппенной оболочкой вокруг заплавляемой скважины создает скачок градиента температур, что приводит к разрушению кристаллической решетки грунта, уменьшению сил сцепления его с термогрунтовым образованием и в конечном счете — повьппению несущей способности термоукрепленного грунта.

Пример. На строительной экспериментальной площадке осуществлялось термическое укрепление покровного суглинка в опоре. Глубина сезонного промерзания 1,8 м. Степень влажности грунта в природном состоянии G, = 0,5. Требуемая расчетом средняя прочность на сжатие термогрунтовой опоры (по прочности материала) 12 МПа при радиусе В,п =0,15 м.

Температура устойчивого плавления суглинка 1150-1200 С.

Скважина I была пройдена в виде шпура диаметром 50 мм установкой

УГБ-50 с насадкой на глубину 2, равную 2,5 м, т.е. ниже глубины 3 сезонного промерзания на 0,7 м. После этого в скважину 1 был установлен электронагреватель 5 из полосовых электродов сплавов ОХ23Ю5А, соединенный через печной трансформатор 5 типа ТПО 250/40/ПКУ-4 к внешней сети 6. Для фиксации нагревателя 4 в забое скважины была установлена прокладка 7 из керамики. После включения электронагревателя 4 в скважине

1 поддерживалась температура 300200 С в течение 23-19-17 ч (соответственно на трех опорах), пока на внешнем контуре укрепляемого массива грунта 8 полностью не растаял лед. Согласно завивисмости (1) для реальных условий R = 0,24 м, Затем электронагреватель 4 демонтировали, в шпуры †скважи 1 устанавливали удлиненные заряды из аммонитовых парафинированных патронов диаметром 50 мм и подрывали их без выброса грунта на поверхность.с образованием скважины диаметром 0,3 м.

После проветривания стволов скважин

1 уплотненные взрывами стенки скважин 1 полностью защищали стволы от проникновения в них отжатой взрывом влаги. После этого в скважины 1 устанавливались электронагреватели 4, а из бункеров 11 постепенно подавался предварительно высушенный и размельченный местный грунт 12, в стволах 1 создавалась температура около

1200 С и по мере расплава 13 грунта нагреватели 4 извлекались из стволов скважин 1. Для монтажа:бункеров 11 и фиксации электронагревателей 4 скважины 1 защищались негерметическими затворами 14. Контроль за радиусом распространения фронта таяния льда осуществляется через открытые шпуры 15, пробуренные установкой

УГБ-50 одновременно с бурением шпуров 15, отбором проб воды и измерением ее температуры термометрами.

После этого испытывали несущую способность термогрунтовых опор пробными статическими нагрузками стандартными способами с использованием установки. Одновременно был укреплен суглинок в опоре известным способом.

Результаты приведены в таблице.

Таким образом, предлагаемый спо" соб обеспечивает возможность укрепления грунтов в сезонно-мерзлом состоянии с более высокой несущей способностью укрепленного грунта и меньшей стоимостью работ.

Формула изобретения

Способ термического укрепления грунта, преимущественно в виде опоры, включающий бурение скважины, размещение в ней удлиненного заряда взрывчатого вещества, инициирование взрыва заряда, генерирование в скважине потока тепловой энергии, нагревание грунта с повышением температуры потока в конце процесса и заполнение скважины расплавленным грунтом, отличающийся тем, что, с целью обеспечения выполнения работ при сезонном замерзании грунта, бурение скважин ведут на глубину сезонного промерзания грунта, размещение в скважине заряда и инициирование его взрыва осуществляют после нагревания грунта, а последнее производят потоком тепловой энергии с температурой

200-300 С до таяния в грунте льда в пределах контура его укрепления, причем радиус контура укрепления определяют из зависимости

1366598

G о

R о

Предлагаемый способ

Известный способ

Показатели

Опора 1 Опора 2 Опора 3

Длительность процесса, ч

32

48

Несущая способность опоры, тс

31

38,2 40,7

52,4 37,6

П р и и е ч а н,и е: расплавление грунта известным способом производилось в обсадке из стальных труб диаметром 0,3 м с постепенным их подъемом, сжигалось жидкое топливо. фиа 2

Составитель А. Прямков

Редактор Н. Слободяник Техред Л.Олийнык Корректор А. Ильин

Заказ 6790/27 Тираж 636 Подписное .

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб ., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4 где G — степень влажности грунта

5 в природном состоянии;

Себестоимость 1 м укрепленного грунта, руб степень влажности грунта при таянии в нем льда; радиус скважины, м; радиус уширенной взрывом скважины, м.