RU1806245C - Способ глубинного уплотнени грунтов - Google Patents

Abstract

Использование: строительство, глубин-. ное уплотнение грунтов под основани ми зданий и сооружений. Сущность изобретени : бур т в грунтовой массив рабочую сква- жи ну и обустраивают ее. Определ ют основную частоту вибровоздействи  на трунтовый массив. Бур т на удалении от рабочей скважины 3-5 длин волн основной частоты дополнительных скважин и размещают в них пневматические источники колебаний . Осуществл ют поэтапное вибрационное воздействие на массив. На первом этапе вибровоздействуют с частотой в диапазоне от 60 до 1500 Гц. Подают в рабочую скважину разупрочн ющий раствор с добавлением расклинивающего агента. На втором этапе вибровоздействуют с частотой, равной .частоте колебаний массива. Дополнительные скважины бур т глубиной до коренных пород. Пневматические источники колебаний ориентируют во взаимно встречном направлении. Вибрационное воздействие на первом этапе осуществл ют при одновременной подаче разупрочн ющего раствора до момента достижени  прочности грунта на разрыв 40- 80% от начальной с последующим нагнетанием в грунт скрепл ющего раствора. Врем  вибрационного воздействи  опреде-. л ют из зависимости: t L/V, где L- глубина распространени  виброволны, м; V - скорость перемещени  флюидов жидкостей и газовых включений в грунте под воздействием виброволны, м/с, В качестве разупрочн ющего раствора используют поверхностно-активные вещества, нагретые до 80°С и содержащие в своем объеме 50-75% газовых компонентов. Их нагнетают под давлением 0,2-0,3 величины разрушающих напр жений грунта, а добавки расклинивающего агента составл ют 1,2- 1,8%. При этом размер его частиц 0,15-1,1 мм, плотность 2,6-4,8 г/см . В грунте возбуждают ультразвуковые колебани  с частотой 1,0-20,0 кГц и создают кавитацию в участках грунта с температурой выше 30°С, а энергию каветирующего пузырька опреде- л ютиз зависимости: Е 4/3 п -Р0 R3, где: R - радиус каветирующего пузырька, мм; Ро - добавление в порах и трещинах грунта в естественном состо нии, кг/см2. В нагнетаемых разупрочн ющем и скрепл ющем растворах возбуждают ультразвуковые колебани , при этом в зкость раствора снижают на 10-60%. Осуществл ют посто м-, ный тензоконтроль величины импульсов давлени . 4 з.п.ф-лы, 1 ил. ел с 00 о о ю ел

Description

За вл емое изобретение относитс  кобла- сти гидротехнического, подземного и других видов строительства и может быть использовано дл  глубинного уплотнени  грунтов и горных

пород с использованием эффектов кавитации и упругого миграционного геоэффекта. Цель изобретени  -- повышение качества уплотнени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу бур т дополнительные скважины глубиной до коренных пород, пневматические источники колебаний ориентируют во взаимно встречном направлении , вибрационное воздействие на первом этапе осуществл ют при одновременной подаче разупрочн ющего раствора до момента достижени  прочности грунта на разрыв 40-80% от начальной с нагнетанием в грунт скрепл ющего раствора, при этом врем  вибрационного воздействи  определ ют из зависимости: t L/V, где L - глубина распространени  виброволны, м; V - скорость перемещени  флюидов-жидкостей и газовых включений в грунте под воздействием виброволны, м/с.

В качестве разупрочн ющего раствора используют поверхностно-активные вещества , нагретые до 80°С и содержащие в своем объеме 50-75% газовых компонентов, и их нагнетают под давлением 0,2-0,3 величины разрушающих напр жений грунта, а добавки и расклинивающего агента составл ют 1,2-1,8%, при этом размер его частиц 0,15- 1,1 мм, плотность 2,6-4,8 г/см3.

В грунте возбуждают ультразвуковые колебани  с частотой 1,0-20,0 кГц и создают кавитацию в участках грунта с температурой выше 30°С, а энергию кавитирующего пузырька определ ют из зависимости:

Е   R3 Ро 4/3

где R - радиус кавитирующего пузырька, мм

Ро - давление в порах и трещинах грунта в естественном состо нии, кг/см2.

В нагнетаемых разупрочн ющем и скрепл ющем растворах возбуждают ультразвуковые колебани , при этом в зкость растворов снижают на 10-60%.

Осуществл ют посто нный тензоконт- роль величины импульсов давлени .

На чертеже приведена схема реализации способа, где 1 - грунтовой массив, 2 - скважины дл  размещени  в них виброисточника , 3 - виброисточники, 4 - упруго- в зкое тело, 5 - компрессор высокого давлени , 6 - микроЭВМ, 7 - электронный пульт управлени  дл  синхронизации работы группы виброисточников, 8 - гидроим- пульсатор дл  нагнетани  растворов.

Способ осуществл ют следующим образом: с помощью датчиков давлени  горных пород устанавливаемых в контрольную скважину определ ют поле напр жений и главные векторы rri и 02 в грунтовом массиве , в котором следует осуществить глубинное уплотнение.

Бур т скважины 2 глубиной до коренных или скальных пород Ф 250-300 мм и размещают в них невзрывные пневматические источники 3, при этом оси виброисточников с одного торца локального участка грунтового массива 1 ориентируют в плоскости проход щей через линию действи  максимального главного напр жени , а с другого торца участка виброисточники ориентируют навстречу направлению действи  виброисточника из первого торца участка параллельно направлению их действи ,

Максимальный диаметр скважин 2 и глубину размещени  в них виброисточников

з выбирают исход  из услови  волнового подоби  - возбуждени  сейсмических колебаний на частотах 60-1500 Гц, при которых имеет место максимальна  закачка упругой энергии в тело грунтового массива 1 и составл юща  от 3 до 9% всей запасенной в источнике энергии от компрессора высокого давлени  ЭУ-5 или ЭУ-7 от 60 до 300 атмосфер. После размещени  источника в скважине 2 ее заполн ют упругим телом 4,

причем, в качестве материала дл  упруго- в зкого тела используют мокрый песок, буровую мелочь, грунт смешанный с водой. Величину акустического сопротивлени  материала упруго-в зкого тела выбирают таким образом, чтобы она была близка к величине акустического сопротивлени  грунта, что обеспечивает максимальную передачу энергии сейсмических колебаний от источника в грунтовой массив.

Скважины 2 бур т на удалении друг от друга 10-15 м, что- позвол ет осуществить синхронизацию работы группы виброисточников . Это обусловлено тем, что на таких удалени х поле упругих напр жений волн

излучаемых виброисточниками равномерно . Врем  воздействи  - врем  синхронной работы группы виброисточников дл  приведени  локального участка грунтового массива в возбужденное состо ние контролируют

путем посредством электронного пульта управлени  7, который воспринимает сигналы оттензодатчиков встроенных в источники и с использованием микроЭВМ, в которую заложена программа с эталонными сигнала0 ми, осуществл ют корректировку и синхронизацию работы группы виброисточников в выбранном диапазоне частот. Дл  этого тензодатчиками встроенными в виброисточники регистрируют импульсы давле5 ни , определ ют их спектры -и управл ют формой разрушающих импульсои давлени , возбуждаемых в грунтовом массиве, исход  из несущей способности грунта. Это врем  зависит от обводненности грунтового массива и его геомеханических свойств.

При синхронной работе амплитуду группы виброисточников постепенно поднимают от минимального до максимального уровн , определ емого амплитудой в знакопеременной волне и равным примерно 0,5 от величины несущей способности грунта. Колебани  вызывают в грунтовом массиве относительную подвижку структурных элементов перераспредел ют пол  упругих напр жений на пути распространени  упругих волн и осуществл ют частичную дегазацию локального участка грунтового массива. Эти  влени  имеютместо как при работе группы виброисточников, так и при работе одиночного источника.

Работу группы виброисточников контролируют геомеханическими и геофизическими методами исследований, а именно:

- методом разгрузки с использованием тензодатчиков,

- ультразвуковыми методами

- методами с использованием сейсмоа- .кустической или электромагнитной эмиссии

- сейсмическими или электромагнитны- ми методами, т.е. в активном режиме.

Воздейству  на массив мощными вибрационными нагрузками, измер ют напр женно-деформированное состо ние грунтовых пород, определ ют их несущую способность и при достижении в массиве напр жений 0,2-0,3 от величины разрушающих напр жений, нагнетают в массив разуп- рочн ющие растворы в качестве которых используют ПАВ, гидроокись натри  или гидроокись натри  с метанолом, нагретых до 80°С, причем, в разупрочн ющие растворы добавл ют от 1,2 до 1,8% расклинивающих агентов с размерами частиц 0,15-1,1 мм и плотностью 2,6-4,8 г/см3, чтобы не дать порам и трещинам закрытьс , и вибровоздействи  осуществл ют на частоте СО- 1500 Гц, в течение времени, при котором деформации сжати  грунтовых пород не смен тс  деформаци ми раст жени , что соответствует оптимальной проницаемости грунтов, после чего переход т на частоту собственных колебаний грунтового массива и нагнетают в него скрепл ющие растворы и вибровоздействи  осуществл ют в тече- ние времени при котором прочность скрепл ющих растворов не достигнет 0,5 от величины нормативной или проектной их прочности,

Так как виброисточники размещены в скважинах окаймл ющих локальный участок массива, то дл  экономии разупрочн - ющих растворов, вибровоздействие осуществл ют попеременно с одной, а за- .тем с другой стороны, причем врем  вибровоздействи  с каждой стороны определ ют из выражени 

t / /мигрзции

где L- путь проходимый волной; Умиграции

- скорость миграции флюидов-жидкостей и газов, содержащихс  в порах и трещинах грунта под воздействием упругих волн и выбранном диапазоне частот, причем, скорость миграции флюидов определ ют экспериментально на образцах грунта о лабораторных услови х npt; воздействии упругих В071Н разных частот.

Дл  снижени  в зкости нагнетаемых растворов в них возбуждают мощные ультразвуковые колебани  и добавл ют газовые компоненты под давлением, причем, газирование растворов позвол ет повысить глубину его проникновени  в грунт. При низких скорост х инжектировани  и растворов используют азот, при высоких - углекислый газ. Облада  малой в зкостью газы уменьшают потери на трение на 30-40% и более глубоко проникают в грунтовые породы при сотр сени х, вызываемых мощными вибрационными нагрузками.

Дл  повышени  гидро-и аэродинамических св зей грунта инициируют кавитирую- щие процессы в местах, где упруга  волна встречает на своем пути участки нагретых пород с температурой свыше 30°С, причем, кавитирующие пузырьки возникают в зоне разрежени  и схлопываютс  в зоне сжати  упругой волны, что способствует резкому увеличению проницаемости грунтовых пород, Дл  того, чтобы повысить эффективность способа вибровоздействи  производ т встречными колебани ми из виброисточников, расположенных на торцах участка, при этом частоту вибровоздействи  настраивают в резонанс с частотой собственных колебаний пласта, и через нагнетательные скважины 9 посредством гидроимпульсатора 8 нагнетают под давлением скрепл ющие растворы в грунтовые породы.

По истечении необходимого времени источники выключают и перенос т на новое место, предварительно пробурив дл  них скважины. Таким образом грунтовый массив обрабатывают всеми видами сжимающих и раст гивающих нагрузок в широком диапазоне частот, что способствует увеличению проницаемости грунтовых пород и снижению энергоемкости процесса при одновременном увеличении производительности .

Сущность способа состоит в том, что под воздействием мощных вибрационных

нагрузок в грунтовом массиве возникают волны сжати  и раст жени  разрежени , действующие на флюиды - жидкости и газы содержащиес  в порах и трещинах грунтовых пород, как тектонический насос и содей- ствующие их миграции во много раз быстрее, чем .в отсутствие упругой волны. Это  вление авторы назвали упругим миграционным геоэффектом. Он имеет место в любых диапазонах частот и сопровождаетс :

- перераспределением пол  упругихна- пр жений на пути распространени  упругих волн

- частичной дегазацией грунтовых пород , то есть истечение газов из пор и трещин при вибраци х и сотр сени х

- каптирующими процессами при определенных РТ-параметрах на пути распространени  упругой-волны, а именно:

- если на пути упругой волны встречаютс  участки нагретых грунтовых пород

- если направление распространени  упругой волны совпадает с направлением пор и трещин в грунтовом массиве

- если длина волны соизмерима с размерами пор и трещин по их простиранию

- если на пути распространени  упругой волны существуют пе-репады знакопеременного давлени  из-за несимметричности расположени  пор и трещин в пространстве

- если во флюидосодержаи1их растворах содержатс  зародыши кавитации

.- мельчайшие твердые частицы размерами 0,01-0,05 мм.

Добавка в технологические растворы расклинивающих агентов позвол ет повысить проницаемость грунтов, так как при их попадании в поры и трещины они не дают им закрытьс  и служат новыми концентраторами напр жений в грунтовом массиве.

Преимущества способа состо т в том, что размещение виброисточников по предлагаемому способу позвол ет осуществить:

1.возбуждение упругих волн в выбранном диапазоне частот при неизменных контактных услови х в режиме накоплени  и таким образом закачать в массив упругую энергию превышающую несущую способность грунта и привести локальный его участок D возбужденное состо ние.

2.перераспределить поле упругих напр жений на пути распространени  флюидов и управл ть состо нием и свойствами грунтовых пород на пути распространени  упругой волны

3.снизить энергоемкость способа и повысить эффективность и производительность .

Использование за вл емого способа позволит1 значительно снизить энергоемкость способа, повысить его эффективность за счет возможности получени  эффекта как разупрочнени , так и упрочнени  грунтовых пород с использованием упругого миграционного геоэффекта и эффекта кавитации по сравнению с классическими традиционными способами глубинного уплотнени .

Форму л а изобретени 

Claims (5)

1. Способ глубинного уплотнени  грунтов , включающий бурение в грунтовый массив рабочей скважины и ее обустройство, определение основной частоты вибровоздействи  на грунтовый массив, бурение на удалении от рабочей скважины 3-5 длин волн основной частоты дополнительных

скважин, размещение в них пневматических источников колебаний, поэтапное вибрационное воздействие на массив частотой на первом этапе в диапазоне от 60 до 1500 Гц, подачу в рабочую скважину разупрочн ющего раствора с добавлением расклинивающего агента и последующее на втором этапе вибровоздействие с частотой, равной частоте колебаний массива, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  качества

уплотнени , дополнительные скважины бур т глубиной до коренных пород, пневматические источники колебани  ориентируют во взаимно встречном направлении, вибрационное воздействие на первом этапе осуществл ют при одновременной подаче, разупрочн ющего раствора до момента достижени  прочности грунта на разрыв 40-80% от начальной с последующим нагнетанием в грунт скрепл ющего раствора, при этом врем 

вибрационного воздействи  определ ют из зависимости

t L/V,

где L- глубина распространени  вибровол- ны, м;

V - скорость перемещени  флюидов жидкостей и газовых включений в грунте под воздействием виброволны, м/с.

2. Способ по п.1,отличающийс  тем, что в качестве разупрочн ющего раствора используют поверхностно-активные вещества, нагретые до 80°С и содержащие в своем объеме 50-75% газовых компонентов , и их нагнетают под давлением 0,2-0,3 величины разрушающих напр жений грунта , а добавки расклинивающего агента составл ют 1,2-1,8%, при этом размер его частиц 0,15-1,1 мм, плотность 2,6-4,8 г/см3.

3. Способ по п. 1,обличающийс  тем. что в грунте возбуждают ультразвукевые колебани  с частотой 1,0-20,0 кГц и создают кавитацию в участках грунта с температурой выше 30°С, а энергию каветирую- щего пузырька определ ют из зависимости

Е 4/3   R3 Ро, где R - радиус каветирующего пузырька, мм;

РО - давление в порах и трещинах грунта в естественном состо нии, кг/см .

4. Способ по п. 1,отличающийс  тем, что в нагнетаемых разупрочн ющем и скрепл ющем растворах возбуждают ультразвуковые колебани , при этом в зкость растворов снижают на 10-60%.

5. Способ по п.1, отличающийс  тем, что осуществл ют посто нный тензо- контроль величины импульсов давлени .

/// , s А/ / // / / / А / / ///

7

А