RU1796025C - Способ бетонировани оснований дл промышленных объектов и АЭС - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение относитс  к различным видам дорожного, гидротехнического , подземного строительства, механике гбрных пород и может быть использовано дл  повышени  прочности сцеплени  оснований промышленных объектов и АЭС с породами и грунтами массива. Изобретение м.б. использовано дл  повышени  эффективности бетонировани . Увеличени  прочности основани  дл  промышленных объектов и АЭС за счет более прочного сцеНлени  бетона с грунтом. Согласно способу бур т скважины на удалении друг от Изобретение относитс  к различным видам дорожного, гидротехнического и подземного строительства и может быть использовано дл  инжектировани  скрепл ющих растворов породы и грунты массива дл  повышени  их прочности. Известен способ упрочнени  строительных грунтов, включающий бурение скважин в грунте, подачу в них через трубы струй воды, разрушение грунта. Сопло со струёй перемещают вверх и вниз, чтобы обеспечить равномерное измельчение грундруга 3-5 длин волн основной частоты, излучаемой в массив, определ ют поле напр жений и главные векторы максимального и минимального главных напр жений в массиве , размещают в скважинах виброисточники , ориентируют оси источников з направлении действи  максимального главного напр жени  и заполн ют скважины упруго-в зким телом. Затем в основании промышленного объекта бур т скважины в шахматном пор дке с шагом 3-5 м на глубину , более чем втрое превышающую глубину заложени  основани  в массиве горных пород , привод т массив в возбужденное состо ние в диапазоне 60-1500 Гц в совокупности с нагнетанием в породы раз- упрочн ющих растворов и вибровоздействи  осуществл ют в течение времени, при котором деформации сжати  смен т деформации раст жени . После этого переход т на частоту собственных колебаний горного массива и нагнетают в грунт скрепл ющие растворы, что позволит по сравнению с имеющимис  классическими способами значительно повысить эффективность способа и увеличить производительность труда. 11 з,п:ф-лы, 2 ил. та, после чего также через сопло производ т нагнетание в скважину цементной суспензии . Известный способ трудоемок, нетехнологичен , не позвол ет управл ть состо нием и свойствами грунтов на нужную глубину и эффективно инжектировать скрепл ющие растворы в глубину массива дл  повышени  прочности основани  объекта. Известен также способ креплени  горных выработок, включающий бурение скважин на рассто нии 3-5 длин волн основной -s Ј VJ ю о о to ел со

Description

излучаемой частоты, определение векторов максимального и минимального главных напр жений в породном массиве, размещение в скважинах источников колебаний, ориентирование осей источников в направлении действи  максимального напр жени , возбуждени  в массиве пород колебаний, размещенные в скважинах невзрывных пневматических источников и заполнение скважин упруго-в зким телом, нагнетание в породы скрепл ющих растворов .

Известный способ не учитывает резонансные свойства грунтов и пород, трудоемок , длителен по времени и не позвол ет управл ть диапазоном частот возбуждаемых колебаний.

Цель изобретени  - повышение эффективности бетонировани ,увеличение прочности основани  промышленных объектов и АЭС за счет более прочного сцеплени  бетона с грунтом.

Это достигаетс  тем, что в грунте основани  в шахмдшом п ор дке с шагом 3-5 м скважины на глубину, не более чем втрое превышающую глубину заложени  основани  в массиве горных пород, привод т массив в колебательное состо ние в диапазоне 60-1500 Гц, а затем переход т на частоту вибровоздействи , равную частоте собственных колебаний горного массива,а нагнетание в грунт упругов зкой среды производ т с добавкой поверхностно-активных , веществ, при этом вибровоздействие производ т в течение времени, при котором деформации сжати  смен т деформации раст жени , после чего в скважины нагнетают скрепл ющие растворы.

С целью обеспечени  гидроизол ции

грунтов основани  по контуру, ограничивающего основание, производ т гидроразрыв и формирование противофильтрационных

экранов путем введени  в них гелеобразую- щего состава в виде раствора из поливинилового спирта и альдегида.

Гидроизол цию основани  со стороны земной коры и дл  предотвращени  утечек на рассто нии 300-400 м от основани  проход т выработку глубиной, превышающей не менее чем втрое глубину размещени  основани  в грунте, и из нее параллельно дневной поверхности бур т р д скважин, в которые нагнетают под давлением сжиженный газ с расклинивающими агентами и производ т гидроразрыв, а при формировании противофильтрационного экрана по всей площади основани  нагнетают в него гелеобразующие растворы в совокупности с вибровоздействи ми, причем направление вибровоздействи  ориентируют в сторону

простирани  пробуренных дл  гидроразрыва скважин.

Дл  гидроразрыва производ т закачкой в скважину под давлением смеси кристаллической хлоруксусной кислоты в совокупности с измельченным магнием, причем хлоруксусную кислоту перед закачкой в скважину смешивают с крахмалом.

В противофильтрационные экраны на0 гнетзют смесь полиэфирной смолы, ускорител  - нафтетана кобальта, отвердител  - раствора перекиси метидэтилкетона в дибу- тилфталате.

В скважины нагнетают смесь фенол5 формальдегидной смолы марки СФЖ-3012 сол ной кислоты, воды, мочевиноформаль- дегидной смолы марки Крепитель-M. Во врем  вибровоздействи  измер ют напр - женно-деформированно состо ние окружа0 ющих основание пород. Перед бетонированием вставл ют в скважины, пробуренные в основании, арматуру. Дл  повышени  прочности сцеплени  бетона с грунтом основани  заполн ют его бетоном

5 ц осуществл ют вибровоздействи  в диапазоне 60-1500 Гц в течение времени, при котором напр жени  в бетоне достигнут не менее 0,5 от разрушающих. Перед нагнетанием скрепл ющих растворов в грунт осно0 вани  в рабочие жидкости добавл ют 1% чистого кварцевого песка с размерами частиц 0,02-0,05 мм. Частоту вибровоздействи  регулируют давлением столба упруго-в зкого тела на источник, размещен5 ный в скважине.

На фиг. 1 и 3 представлена схема реализации способа, где 1 - основание, 2 - скважины дл  размещени  виброисточников, 3- виброисточники, 4 - упругов зкое тело, 5 0 компрессор высокого давлени  ЭК-5 или ЭУ-7,6-электронный пультуправлени  дл  синхронизации работы группы виброисточ- ииков, 7 - бетон.

Способ осуществл ют следующим обра5 зом. С помощью датчиков давлени  горных пород, устанавливаемых в контрольную скважину, определ ют поле напр жений и главные векторы 1 и 2 в породном массиве, где требуетс  вызвать колебани  и привести

0 локальный участок массива в возбужденное состо ние в выбранном диапазоне частот.

На удалении 3-5 длин воли основной частоты, излучаемой в массив 1, бур т скважины 2 диаметром ФЗОО-500 мм и глубиной

5 до коренных или скальных пород, размещают в скважинах 2 виброисточники в один р д, причем направление их воздействи  совпадает с направлением главного максимального напр жени  в массиве 1, т.е. источники 3 устанавливают в плоскости

проход щей через линию действи  максимального главного напр жени .

Максимальный диаметр и глубину скважины 2 выбирают исход  из оп тимальных условий возбуждени  упругих волн на частотах 60-1500 Гц источниками 3, размещенными в скважине 2, и сверху источники заполн ют упругов зким.телом 4, в качестве которого используют кварцевый песок, щебень грунт и другие строительные материалы вперемешку с водой, причем акустическое сопротивление материала упруго - в зкого тела 4 подбирают таким образом, чтобы оно было примерно равным величине акустического сопротивлени  грунта в массиве , в который излучаютс  упругие колебани .

На частотах 60-1500 Гц имеет место максимальна  закачка упругой энергии в грунт основани , составл юща  3-16% всей энергии, запасенной в источнике 3 от компрессора высокого давлени  ЭУ-5 или ЭУ-7 - от 60 до 300 атмосфер и выше. Глубина размещени  источника 3 (обычно 7-12) оптимальна величине давлени , обеспечиваемого столбом материала упругов зкого тела 4, определена экспериментально в морской сейсморазведке на акватори х и дл  диапазона частот 60-1500 Гц со.ставл - ет7-12 атмосфер. Скважины 2 бур т на удалении друг от друга 3-5 длин волн основной частоты излучаемой в массив 1. Исход  из условий волнового подоби  при скорости Р-волн в грунте, равной 3000 м/с, на частоте 60 Гц длина волны равна (3000 м/с)/(60 Гц) 50 м и на частоте 1500 Гц 2 м, т.е. на удалении 3-5 длин волн это составит примерно 50-150 м, что в свою очередь обусловлено тем, что на таких удалени х поле упругих напр жений, генерируемое источником, распределено равномерно и его легко синхронизировать.

Врем  воздействи  на горный массив- врем  синхронной работы группы виброисточников зависит от обводненности массива горных пород и геомеханических условий их залегани  - горного давлени  и регулируетс  посредством электронного пульта управлени  6.

Выбор диапазона частот 60-1500 Гц обусловлен структурными особенност ми грунтов и горных пород, слагающих основание 1,.т.е. размеры неоднородностей в основании составл ют 2-50 м. При скорости Р-волн в грунтах равной 3000 м/с на частотах: 60 Гц длина волны 50 м, 1500 Гц - 2 м,

Исход  из условий волнового подоби , волна лишь тогда взаимодействует с встречающейс  на ее пути неоднородностью, если ее размеры соизмеримы с размерами

эюй неоднородности, т.е. дп  приведение локального участка массивл 1 основани  в возбужденное состо ние необходимо работать в диапазоне частот 60-1500 Гц.

5После приведени  основани  1 в возбужденное состо ние переход т на частоту вибровозбуждени , равную собственной частоте колебаний грунтов - около 200 Гц, и нагнетают в грунт разупрочн ющие раство0 ры с добавкой 1-5% ПАВ дл  повышени  проницаемости и увеличени  гидро- и аэродинамических св зей массива. ПАВ выполн т работу сил расширени  - делает поры и трещины грунта и пород сообщающимис .

5 Вибровоздействи  производ т в течение времени, при котором деформации сжати  смен т деформации раст жени , что соответствует оптимальной проницаемости грунтов.

0Работу группы виброисточников контролируют геомеханичес.кими методами исследований , а именно

методом разгрузки с использованием тензодатчиков,

5 сейсмическим методом,

методами с использованием сейсмоаку- стической или электромагнитной эмиссии.

Дл  повышени  проницаемости грунтов

0 и пород во врем  вибровоздействи  нагнетают в технологические растворы до 1 % чистого кварцевого песка в качества расклинивающих агентов. Частоты песка с размерами 0,02-0,05 мм, распростран  сь с

5 рабочими растворами, попадают в пары и трещины пород и грунта и не дают им закрытьс , что .повышает проницаемость пород и грунта, и кроме того, служит новыми концентраторами напр жений. Дл  предот0 вращени  утечки растворов в грунт или под- земные воды участок основани  гидроизолируют от окружающей среды, дл  чего по контуру основани  осуществл ют , гидроразрыв нагнетанием в скважины

5 жидкости посредством импульсного гидроразрыва в совокупности с вибровоздействи ми в широком диапазоне частот 60-1500 Гц, причем при достижении в грунтах оптимальной проницаемости переход т на час-

0 тоту вибровоздействи , равную частоте нагнетани  жидкости в скважину гидроразрыва ,

что уменьшает на пор док врем  проведени  гидроразрыва,

5 снижает до 40% прочность грунта и пород на разрыв

до 800% увеличивает площадь гидроразрыва - магистральной трещины.

В качестве гидроизолирующих растворов используют:

а) водный раствор из поливинилового спирта и альдегида

б) смесь полиэфирной смолы, ускорител  - нафтената кобальта и отвердител  раствора перекиси метилэтилкетона в дибутилфталате.

В качестве тампонажных растворов ис- пользуют

а) смесь фенолформальдегидной смолы, модифицированной полиэтилен гликолем 70%-ного водного раствора бензолсульфо- кислоты, карбоната натри  и ПАВ ОП-7.

б) смесь фенолформальдегидной смолы марки СФК-3012, сол ной кислоты воды и мочевиноформальдегидной смолы марки Крепитель-М.

Дл  повышени  эффективности гидроразрыва перед гидроразрывом нагнетают в скважину под давлением смесь кристаллической хлоруксусной кислоты в совокупности с измельченным магнием, причем хлоруксусную кислоту смешивают с крахмалом .

Дл  увеличени  прочности грунтов в основании объекта в нагнетательные скважины .вставл ют анкера и через них в грунт нагнетают скрепл ющие растворы, .причем дл  получени  основани , имеющего свойства монолитности с массивами пород, которым заполн ют - основание, подвергают воздействию мощных вибрационных нагрузок в диапазоне 60-1500 Гц, при этом бетон разжижаетс , его в зкость под воздействием вибраций снижаетс  и он приобретает свойства текучести, то есть эффективно и быстро - до затвердевани  - заполн т поры и трещины в основании объекта и между анкерами и грунт основани  и бетонное основание работают как единое целое, причём вибровоздействи  при бетонировании осуществл ют в течение времени, при котором прочность бетона не достигнет величины, равной 0,5 от нормативной дл  данной марки бетона.

Дл  гидроизол ции основании со стороны земной коры и предотвращени  возможных утечек флюидов в грунт основани  на удалении 300-400 м от основани  проход т выработку глубиной, превышающей не менее чем втрое глубину размещени  основани  в грунте и из нее параллельно дневной поверхности бур т р д скважин, в которые нагнетают под давлением сжиженный газ с расклинивающими агентами и осуществл ют гидроразрыв, а при формировании про- тивофильтрационного экрана по всей площади основани  нагнетают в него геле- образующие растворы в совокупности с вибровоздействи ми, причём направление вибровоздействи  ориентируют в сторону

простирани  пробуренных дл  проведени  гидроразрыва скважин.

Таким образом, грунт основани  и само бетонное основание подвергают воздействию всех видов сжимающих и раст гивающих вибрационных нагрузок в широком диапазоне частот, что способствует как увеличению проницаемости пород и труп- та основани  при нагнетании в них разупрочн ющих растворов, так и более полному заполнению пор и трещин скрепл ющими растворами и соответственно увеличение их прочности увеличение их прочности, снижает стоимость работ и увеличивает безремонтный срок службы оснований промышленных сооружений и АЭС.

Сущность способа состоит в том, что под воздействием мощных вибрационных нагрузок на пути распространени  колебаний возникают волны сжати  и раст жени , воздействующие на флюиды - жидкости и газы, содержащиес  в порах и трещинах массива основани , как тектонический насос и способствующий их миграции - распространению во много раз быстрее (на несколько пор дков), чем в отсутствие упругой волны. Это  вление называют упругим миграционным геоэффектом. Он имеет влю- бых диапазонах частот - герцы, кГц, МГц и.

способствует получению эффекта как разупрочнени , так и упрочнени  грунтов и пород с использованием упругих колебаний в выбранном диапазоне частот. Проницаемость грунтов при.обычных услови х составл ет

0,01-0,05 МДарси, а при вибровоздействи х в диапазоне 60-1500 Гц составл ет 0,9- 7,8 МДарси. Миграци  флюидов в порах и трещинах основани  сопровождаетс ;

- перераспределением пол  упругих на- пр жений на пути распространени  упругой волны;

- частичной дегазацией грунтов и пород- истечением газов из пор и трещин, т.е. измен ютс  прочностные свойства грунтов

и пород за счет изменени  перового давлени  при миграции флюидов, что в свою очередь влечет изменени  прочностных свойств пород, окружающих эти поры и трещины . При нагнетании в совокупности с

вибровоздействи ми разупрочн ющих растворов с расклинивающими агентами повышаетс  проницаемость пород и грунтов и в них затем легче закачать скрепл ющие растворы, которые более глубоко проникают в грунт массива, и при бетонировании вибрационные нагрузки позвол ют управл ть состо нием и свойствами бетона - его в зкостью, что в свою очередь увеличивает прочность основани  грунта и бетонного основани , работающих после виброобработки в выбранном диапазоне частот, как единое целое. Прочность пород и грунтов после нагнетани  в них укрепл ющих растворов повышаетс  на 30-60%, что проверено методом гидроразрыва до и после виброобработки .

Преимущества способа заключаютс  в том, что размещение источников позвол ет

возбуждать упругие колебани  в выбранном диапазоне частот при неизменных контактных услови х в режиме накоплени ;

свести поле упругих напр жений в массиве основани  к равномерному;

улучшить гидро- и аэродинамические св зи массива и повысить его проницаемость;

управл ть состо нием и свойствами бетона и других скрепл ющих растворов при инжектировлнии их в массива;

повысить эффективность способа и сни- зиты энергоемкость процесса, увеличить безремонтный срок службы основани  объекта .

Использование изобретени  позвол ет значительно сократить сроки бетонировани  и увеличить безремонтный срок службы основани  объекта, повысить прочность сцеплени  грунтов и пород основани  с бетоном по сравнению с имеющимис  классическими способами бетонировани .

Claims (12)

1. Способ бетонировани  оснований дл  промышленных объектов и АЭС. включающий бурение скважин на рассто нии 3- 5 длин волн основной излучаемой частоты, определение векторов максимального и минимального главных напр жений в породном массиве, размещение в скважинах источников ко лебаний, ориентирование осей источников в направлении действи  максимального напр жени , возбуждени  в массиве пород колебаний; ориентирование осей источников в направлении действи  максимального напр жени , возбуждени  в массиве пород колебаний, размещение в скважинах невзрывных пневматических источников и заполнение скважин упругов з- кой среды, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности бетонировани , увеличени  прочности основани  дл  промышленных объектов и АЭС за счет более прочного сцеплени  бетона с грунтом , в грунте основани  бур т в шахматном пор дке с шагом 3-5 м скважины на глубину, не более чем втрое превышающую глубину заложени  основани  в массиве горных пород , привод т массив в колебательное состо ние в диапазоне 60-1500 Гц. а затем переход т на частоту вибровоздействи , равную частоте собственных колебаний горного массива, а нагнетание в грунт основани  упругов зкой среды производ т с добавкой поверхностно-активных веществ, при этом вибровоздействие производ т в течение времени, при котором деформации сжати  смен т деформации раст жени , после чего в скважины нагнетают скрепл ющие растворы.

2. Способ п. 1,отличающийс  тем, что с целью обеспе-ени  гидроизол ции грунтов основани  по контуру, ограничивающему основание, производ т гидроразрыв и формирование протизофильтрационных экранов путем введени  в них гелеобразую- щего состава в виде водного раствора из поливинилового спирта и альдегида.

3. Способ по п. 2, отличающийс  тем, что гидроизол цию основани  со стороны земной коры и дл  предотвращени  возможных утечек на рассто нии 300-400 м от основани  проход т выработку глубиной,

превышающей не менее чем втрое глубину размещени  основани  в грунте, и из нее параллельно дневной поверхности бур т р д скважин, в которые нагнетают под давлением сжиженный газ с расклинивающими агентами и производ т гидроразрыв, а при формировании противофильтрационно- го экрана по всей площади основани  нагнетают в него гелеобразующие растворы в совокупности с вибровоздействи ми, причем направление вибровоздействи  ориентируют в сторону простирани  пробуренных дл  проведени  гидроразрыва скважин.

4. Способ поп. 1, отличающийс  тем, что дл  гидроразрыва производ т закачкой в скважину под давлением смеси кристаллической хлоруксусной кислоты в совокупности с измельченным магнием, причем хлоруксусную кислоту перед закачкой в скважину смешивают с крахмалом.

5. Способ по п, 1,отличающийс  тем, что в противофильтрационные экраны нагнетают смесь полиэфирной смолы, ускорител  нафтената кобальта, отвердител  раствора перекиси метилэтилкетона в дибутилфталате .

6. Способ по п. 1,отличающийс  тем, что в скважины в качестве тампонажно- го раствора нагнетают смесь фенолфор- мальдегидной смолы, модифицированной полиэтиленгликолем. 70%-ного водного

раствора бензолсульфокислоты, карбоната натри  и ПАВ ОП-7,

7. Способ по п. 1..отличающийс  тем, что в скважины нагнетают смесь фе- нолформальдегидной смолы марки СФЖ-3012, сол ной кислоты, воды, моче- виноформальдегидной смолы марки Крепите л ь-М.

8. Способ по п. 1,отличающийс  тем, что во врем  вибровоздействи  измер ют напр женно-деформированное состо ние окружающих основание пород.

9. Способ поп. 1,отличающийс  тем, что перед бетонированием в скважины, пробуренные в основании, устанавливают арматуру.

10. Способ по п. 1,отличающийс  тем, что дл  повышени  прочности сцеплени  бетона с грунтом основани  заполн ют его бетоном и осуществл ют вибровоздей- ствие в диапазоне 60-1500 Гц, причем вибровоздействие осуществл ют в течение времени, при котором напр жени  в бетоне достигнут не менее 0,5 от разрушающих.

11. Способ по п. 1, от л и ч а ю щ и и с   тем, что нагнетанием скрепл ющих растворов в грунт основани  в рабочие жидкости добавл ют 1% чистого кварцевого песка с размерами частиц от 0,02 до 0,5 мм.

12. Способ по п. 1, от л и ч а ю щи йс  тем, что частоту вибровоздействи  регулируют давлением столба упругов зкого тела на источник, размещенный в скважине.

&&2