Способ уплотнения земляного полотна

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК о (sa>s Е 21 0 11/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) е., -.;.")ЗМ,", е

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ т (21) 4937822/03 (22) 04.04.91 (46) 30,08.93. Бюл. М 32 (75) А.В.Бакулин, А.Е.Макаревич и В,Н.Бакулин (73) А.В.Бакулин (56) Фатеев Н.T. и др. Упрочнение высокопластичных пород камуфлетным взрывом.

Сб. Специальные горные работы и гемеханика, Белгород, 1988, с.25 — 28, Авторское свидетельство СССР

Q 1587199, кл. Е 21 О 11/00, 1990,. (54) СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ ЗЕМЛЯНОГО

ПОЛОТНА (а7) Использование изобретения: способ относится к дорожному и гидротехническому строительству и может быть использован

Изобретение относится к дорожному и гидротехническому строительству и мажет быть использовано для уплотнения земляного полотна при строительстве дорог.

Цель изобретения — снижение энергоемкости и увеличение производительности способа.

На фиг.1 и 2 приведены схемы реализации способа, где 1 — земляное полотно, 2— скважины для размещения виброисточниKQB, 3 — виброисточники, 4 — упруго-вязкое тело, 5 — компрессор высокого давления ЭУ5 или ЭУ-7, 6 — электронный пульт управления для синхронизации работы группы виброисточников, 7 — информационно-вычислительный комплекс (И В К), 8 — гидроимпульсатор для нагнетания растворов; на фиг.2 приведена схема уплотнения земля Ы 1838619А3 для уплотнения земляного полотна при строительстве дорог, Сущность изобретения: параллельно простиранию земляного полотна на удалении от него 3-5 м бурят скважины, размещают в них виброисточники и возбуждают последовательно упругие колебания попеременно с одной, а затем с другой стороны и вибровоэдействия осуществляют в течение времени, при котором деформации сжатия переходят в деформации растяжения, что соответствует оптимальной проницаемости массива, затем переходят на частоту собственных колебаний земляного полотна и вибровоздействия осуществляют в течение времени, при котором достигают положительного эффекта. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

l кого полотна, где 9 — основание полотна, 10апуры для нагнетания растворов.

Способ осуществляют следующим образом. QQ

С помощью датчиков давления горных:(д) пород, устанавливаемых в контрольной,QQ ! скважине, onðåäåëÿþò поле напряжений и !О главные векторы в локальном участке грун- д .та. Параллельно направлению прсстирания земляного полотна на удалении от него 3-5 и бурят сквалтинм 2 диаметром Ф200 — 300 мм и глубиной 2-3 м и размещают в них невзрывные пневматические источники 3 в (д один ряд, причем, направление воздействия виброисточников направлено нормально линии простирания полотна, то есть источники ориентируют нормально линии прастирания полотна и навстречу друг другу. Максимальный диаметр скважин 2 и их

1838619 глубины для размещения виброисточников

3 выбирают исходя из оптимальных условий возбуждения сейсмических колебаний на частотах 60-1500 Гц, при которых имеет максимальная закачка упругой энергии в тело земляного полотна и составляющая от 3 до 16 всей энергии запасенной в источнике от компрессора высокого давления — от

60 до 300 атмосфер и более. После размещения виброисточников в скважине 2 их заполняют упруго-вязким телом 4 причем, в качестве материала упруго-вязкого тела используют мокрый грунт, мокрый кварцевый песок и другие минеральные добавки.

Расстояние между скважинами 2, где размещают виброисточники 3 составляет 510 м. Время воздействия — время синхронной работы группы виброисточников для приведения локального участка грунта в основании земляного полотна в возбужденное состояние регулируется посредством электронного пульта управления 6 и ИВК 7 и зависит от обводненности грунта и его толщины. При синхронной работе группы виброисточников амплитуду колебаний медленно поднимают от минимального до максимального уровня, определяемого уровнем достижения в основании грунта напря>кений, равных 0,5 от разрушающих. Колебания вызывают относительную подвижку отдельных структурных элементов земляного полотна, перераспределение поля упругих напряжений и частичнуюдегазацию и фильтрацию в грунтах земляного полотна, Эти явления имеют место как при работе группы источников, так и в случае работы одиночного источника. Перед тем, как записать котлован насыпным грунтом, в основании 9 земляного полотна бурят скважины 10 глубинной по коренных или скальных пород в шахматном порядке с шагом

10-15 м, возбуждают упругие колебания с частотами 60 — 1500 гц и нагнетают в грунт

ПАВ, гидроокись натрия или гидроокись натрия с метанолом нагретые до 80 С и вибровоздействия осуществляют в 1ечение времени при котором деформации сжатия перейдут в деформации растяжения, что соответствует оптимальной проницаемости грунта и нагнетают в грунт скрепляющие растворы с частотой вибровоздействия,равной собственной частоте грунта основания

9 или производят силитикатизацию грунта, Для повышения проницаемости грунта основания 9 возбуждают ультразвуковые колебания с частотой 1-10 кГц и инициируют кавитирующие процессы, которые имеют место при распространении упругой волны через участок грунта, нагретый свыше 30 С.

B нем при распространении упругой волны в зоне разрежения упругой волны образуются гидроразрывы — мельчайшие пузырьки, заполненные паром и газом, и схлопывающиеся в зоне сжатия упругой волны, что

5 приводит к резкому повышению проницаемости грунта и снижению его прочности на

20 — 40%.

Для возбуждения ультразвуковых колебаний в выбранном диапазоне частот бу10 рят скважины 2 Ф44-76 мм и глубиной 3-5 м, причем скважины на 3/4 их глубины и объема заполняют редкоземельными веществами, обладающими гигантской магнитострикцией.

15 В качестве редкоземельных веществ использованы интерметаллические соединения RFe2. — TMFez, PyFez, HeFe2 и другие. В качестве вяжущего использован тонкозернистый цемент в отношении 1, от общего

20 объема редкоземельного вещества, помещенного в скважине. Затем в редкоземельное вещество вставляют электроды, подают на них возбуждающее напряжение от источника и возбуждают в них электромагнитные колебания, причем, до 50 этой энергии переходит в упругие колебания параметрами которых управляют изменяя частоту и величину возбуждающего напряжения, В отдельных случаях ультразвуковые ко30 лебания в выбранном диапазоне частот возбуждают мощным лучом лазера в жидкости скважины 2, причем при этом более 60% энергии луча лазера переходит в упругие колебания в выбранном диапазоне частот, 35 причем, параметрами упругих колебаний управляют изменяя частоту и интенсивность луча лазера. Параметры вибровоздействия задают для всех источников одинаковыми, а именно; частоту, длитель40 ность и интенсивность поддерживают одинаковыми при неизменных контактных условиях, Во время приведения земляного полотна в возбужденное состояние осуществляют контроль за его напряженно-де45 формированным состоянием во время и после вибровоздействия, Измеряют напряженно-деформированное состояние и при достижении напряжений в грунтах равных

0,5 от разрушающих начинают нагнетать в

50 них либо разупрочняющие растворы либо скрепляющих растворы в процессе вибровоздействия в зависимости от поставленной цели, Таким образом, земляное полотно обра55 батывается всеми видами сжимающих и растягивающих нагрузок, что способствует увеличению проницаемости грунтов, фильтрации в них растворов,дегазации грунтов и уплотнения их наряду со снижением энергоемкости процесса и увеличения его произ1838619

Водительности по сравнению с классическими, традиционными способами уплотнения

Земляного полотна.

Во время вибровоздействия осуществляют регистрацию импульсов давления в

Грунте, определяют спектры колебаний с помощью Фурье устройств, связанных с

ИВК 7 и управляют формой возбуждающих импульсов давления на земляное полотно с опоставлением их с эталонными спектрами полученными в лабораторных условиях.

Воздействие осуществляют s течение времени, определяемого достижением г оложительного эффекта — уплотнения земельного полотна. По истечении необходиМого времени источники выключают и перемещают на новое место — следующий участок полотна. который следует уплотнить.

Сущность способа состоит в том, что

noä воздействием мощных вибрационных нагрузок на пути распространения упругих

20 волн возникают волны сжатия и растяжения, действующие на флюиды — жидкости и газовоздушные включения, содержащиеся 25 в, порах и трещинах полотна, как тектонический насос вследствие флюиды перемещак тся — мигрируют во много раз быстрее, чем в,отсутствие упругой волны, что в свою очередь сопровождается, измерением поля уп- 30 ругих напряжений на пути мигрирующих флюидов, дегацией локального участка и кавитирующими процессами, значительно пов шающими проницаемость грунта и снижающими его прочность на 20 — 40Д, 35

Преимущества способа состоят в том, что размещение виброисточников способс1.вует; приведения локального участка пОлотна в возбужденное состояние в выбранном диапазоне частот и закачка в него 40 упругой энергии в режиме накопления при неизменных контактных условиях; перераспределению поля упругих напряжений и уплОтнению грунта; снижению энергоемкости и увеличению производительности способа, 45

Использование заявляемого способа пОзволит значительно снизить его энергоемкость и увеличить производительность по сравнению с известными классическими сПособами упготнения. 50

Формула изобретения

1. Способ уплотнения земляного полотна, включающий определение векторов главных напряжений в массиве, бурение скважин на расстоянии 3-5 длин волн ос- 55 нс вной частоты, излучаемой в массив, установку в них невзрывных пневматических источников колебаний, которые расположены параллельно направлению главного напряжения, нагнетание в скважины. упруговязкого материала, синхронизацию работы источника и возбуждение в массиве колебания, увеличение их амплитуды до величины, при которой напряжения в массиве достигают половины от разрушающих, поддержание амплитуды на этом уровне, бурение шпуров и нагнетание в них скрепляющего раствора, определение частот собственных колебаний массива и поэтапное возбуждение в нем колебаний вначале в диапазоне частот 60 — 1500 Гц, а затем на частоте, равной частоте собственных колебаний массива, отличающийся тем, что. с целью снижения энергоемкости и увеличения и роизводител ь ности, скважины бурят параллельно простиранию земляного полотна на удалении от него 3 — 5 м, возбуждение упругих колебаний последовательно производят попеременной с одной, а затем— с другой стороны, при этом вибровоздействия осуществляют в течение времени, йри котором деформации сжатия перейдут в деформации растяжения, затем переходят на частоту собственных колебаний земляного полотна.

2.Способ поп1,отл ича ющийся тем, что нагнетательные скважины бурят глубиной до коренных или скальных пород с шагом 10 — 15 ми производят засыпку основания земляного полотна грунтом, а затем осуществляют закрепление грунтов основания путем силитиказации или нагнетания в шпуры скрепляющих растворов с частотой, равной частоте собственных колебаний раствора, при этом вибровоздействие осуществляют с частотой колебаний, равной частоте колебаний нагнетания.

3, Способ по п.1, отличающийся тем, что вибровоздействия производят в течение времени, при котором прочность нагнетаемых растворов шпуры не достигнет половины величины их проектной прочности.

4. Способ по и 1, отл и ч а ю шийся тем, что для повышения проницаемости грунта основания земляного полотна перед нагнетанием скрепляющих растворов нагнетают в них гидроокись натрия или гидроокись натрия с метанолом, нагретые до

so ñ.

5. Способ по и 1, о тл и ч а ю шийся тем, что скважины для виброисточников бурят параллельно простиранию земляного полотна на удаление от него 1 — 2 м и возбуждают в земляном полотне колебания с частотой 1-10 кГц, инициируют кавитирующие процессы в грунтах и определяют энергию кавитирующего пузырька, возникающего в зоне разрежения упругой волны из выражения

1838619 е- жр.я 4/3, Наппйеяе прастчюння люба

Оие! где Po — геостатическое давление, кг/см;

2, R — размер кавитирующего пузырька, мм.

6. Способ поп,1, отл ич а ю щи йс я тем, что нагнетательные скважины заполняют редкоземельными веществами с добавкой 10 вяжущего, вставляют в него электроды и подают на них возбуждающее напряжение, причем для управления параметрами упругих волн изменяют частоту и величину возбуждающего напряжения.

7. Способ по п1,отл ича ю щийся тем, что скважины заполняют водой, воздействуют на воду в скважине мощным лучом лазера и возбуждают. упругие

5 колебания в массиве в выбранном диапазоне частот, причем параметрами упругих волн управляют изменяя частоту и интенсивность луча лазера.

8. Способ по п1, отл ич а ю щи и с я

10 тем, что регистрируют импульсы давления упругих волн, определяют их спектры и управляют формой возбуждающих волн давления в выбранном диапазоне частот.

А-А