RU1838619C - Способ уплотнени земл ного полотна - Google Patents

Description

ел С

Изобретение относитс  к дорожному и . гидротехническому строительству и может бить использовано дл  уплотнени  земл ного полотна при строительстве дорог.

Цель изобретени  - снижение энергоемкости и увеличение производительности способа.

На фиг.1 и 2 приведены схемы реализации способа, где 1 - земл ное полотно, 2 - скважины дл  размещени  виброисточников , 3 - виброисточники, 4 - упруго-в зкое тело, 5 - компрессор высокого давлени  ЭУ- 5 или ЭУ-7, 6 - электронный пульт управлени  дл  синхронизации работы группы виброисточников, 7 - информационно-вычислительный комплекс (И В К), 8 - гидроим- пульсатор дл  нагнетани  растворов; на фиг.2 приведена схема уплотнени  земл ного полотна, где 9-основание полотна, 10- шпуры дл  нагнетани  растворов.

Способ осуществл ют следующим образом .

С помощью датчиков давлени  горных пород, устанавливаемых в контрольной скважине, определ ют поле напр жений и главные векторы в локальном участке грунта . Параллельно направлению простирани  земл ного полотна на удалении от него 3-5 и бур т скважины 2 диаметром Ф200-300 мм и глубиной 2-3 м и размещают в них невзрывные пневматические источники 3 в один р д, причем, направление воздействи  виброисточников направлено нормально линии простирани  полотна, то есть источники ориентируют нормально линии простирани  полотна и навстречу друг другу . Максимальный диаметр скважин 2 и их

00

,СА)

оэ

о

Ы

глубины дл  размещени  виброисточников 3 выбирают исход  из оптимальных условий возбуждени  сейсмических колебаний на частотах 60-1500 Гц, при которых имеет максимальна  закачка упругой энергии в тело земл ного полотна и составл юща  от 3 до 16% всей энергии запасенной в источнике от компрессора высокого давлени  - от 60 до 300 атмосфер и более. После размещени  виброисточников в скважине 2 их заполн ют упруго-в зким телом 4 причем, в качестве материала упруго-в зкого тела используют мокрый грунт, мокрый кварцевый песок и другие Минеральные добавки.

Рассто ние между скважинами 2. где размещают виброисточники 3 составл ет 5- 10 м. Врем  воздействи  - врем  синхронной работы группы виброисточников дл  приведени  локального участка грунта в основании земл ного полотна в возбужденное состо ние регулируетс  посредством электронного пульта управлени  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 уровн , определ емого уровнем достижени  в основании грунта напр жений , равных 0,5 от разрушающих. Колебани  вызывают относительную подвижку отдельных структурных элементов земл ного полотна, перераспределение пол  упругих напр жений и частичную дегазацию и фильтрацию в грунтах земл ного полотна. Эти  влени  имеют место как при работе группы источников, так и в случае работы одиночного источника. Перед тем, как записать котлован насыпным грунтом, в основании 9 земл ного полотна бур т скважины 10 глубинной по коренных или скальных пород в шахматном пор дке с шагом 10-15 м, возбуждают упругие колебани  с частотами 60-1500 гц и нагнетают в грунт ПАВ, гидроокись натри  или гидроокись натри  с метанолом нагретые до 80°С и вибровоздействи  осуществл ют в течение времени при котором деформации сжати  перейдут в деформации раст жени , что соответствует оптимальной проницаемости грунта и нагнетают в грунт скрепл ющие растворы с частотой вибровоздействи ,равной собственной частоте грунта основани  9 или производ т силитикатизацию грунта. Дл  повышени  проницаемости грунта основани  9 возбуждают ультразвуковые колебани  с частотой 1-10 кГц и инициируют кавитирующие процессы, которые имеют место при распространении упругой волны через участок грунта, нагретый свыше 30°С. В нем при распространении упругой волны

в зоне разрежени  упругой волны образуютс  гидроразрывы - мельчайшие пузырьки, заполненные паром и газом, и схлопываю- щиес  в зоне сжати  упругой волны, что

приводит к резкому повышению проницаемости грунта и снижению его прочности на 20-40%

Дл  возбуждени  ультразвуковых колебаний в выбранном диапазоне частот бур т скважины 2 Ф44-76 мм и глубиной 3-5 м, причем скважины на 3/4 их глубины и объема заполн ют редкоземельными веществами , обладающими гигантской маг- нитострикцией.

5 В качестве редкоземельных веществ использованы интерметаллические соединени  RFe2: - ТмРв2, ДуРе2, HeFe2 и другие. В качестве в жущего использован тонкозернистый цемент в отношении 1,% от общего

0 объема редкоземельного вещества, помещенного в скважине. Затем в редкоземельное вещество вставл ют электроды, подают на них возбуждающее напр жение от источника и возбуждают в них электромагнитные

5 колебани , причем, до 50% этой энергии переходит в упругие колебани  параметрами которых управл ют измен   частоту и величину возбуждающего напр жени , В отдельных случа х ультразвуковые ко0 лебани  в выбранном диапазоне частот возбуждают мощным лучом лазера в жидкости скважины 2, причем при этом более 60% энергии луча лазера переходит в упругие колебани  в выбранном диапазоне частот,

5 причем, параметрами упругих колебаний управл ют измен   частоту и интенсивность луча лазера. Параметры вибровоздей- стви  задают дл  всех источников одинаковыми, а именно; частоту, длитель0 ность и интенсивность поддерживают одинаковыми при неизменных контактных услови х. Во врем  приведени  земл ного полотна в возбужденное состо ние осуществл ют контроль за его напр женно-де5 формированным состо нием во врем  и после вибровоздействи . Измер ют напр женно-деформированное состо ние и при достижении напр жений в грунтах равных 0,5 от разрушающих начинают нагнетать в

0 них либо рэзупрочн ющие. растворы либо скрепл ющих растворы в процессе вибровоздействи  в зависимости от поставленной цели,

Таким образом, земл ное полотно обра5 батываетс  всеми видами сжимающих и раст гивающих нагрузок, что способствует увеличению проницаемости грунтов, фильтрации в них растворов.дегазации грунтов и уплотнени  их нар ду со снижением энергоемкости процесса и увеличени  его произ одительности по сравнению с классическими , традиционными способами уплотнени  Земл ного полотна.

Во врем  вибровоздействи  осуществл ют регистрацию импульсов давлени  в г|рунте, определ ют спектры колебаний с помощью Фурье устройств, св занных с ЙВК 7 и управл ют формой возбуждающих мпульсов давлени  на земл ное полотно Сопоставлением их с эталонными спектра- lyiH полученными в лабораторных услови х.

Воздействие осуществл ют в течение времени, определ емого достижением положительного эффекта - уплотнени  зе- ельного полотна. По истечении необходимого времени источники выключают и Перемещают на новое место - следующий участок полотна, который следует уплотнить .

Сущность способа состоит в том, что п|од воздействием мощных вибрационных Нагрузок на пути распространени  упругих в рлн возникают волны сжати  и раст же- н и , действующие на флюиды - жидкости и газовоздушные включени , содержащиес  в|порах и трещинах полотна, как тектониче- с(ий насос вследствие флюиды перемещаютс -мигрируют во много раз быстрее, чем в|отсутствие упругой волны, что в свою оче- сопровождаетс , измерением пол  упругих напр жений на пути мигрирующих флюидов, дегацией локального участка и ка- вйтирующйми процессами, значительно по- вЦшающими проницаемость грунта и снижающими его прочность на 20-40%.

Преимущества способа состо т в том, что размещение виброисточников способ- с|вует: приведени  локального участка пйлотна в возбужденное состо ние в выбранном диапазоне частот и закачка в него упругой энергии в режиме накоплени  при неизменных контактных услови х; перераспределению пол  упругих напр жений и уп- лс| тнению грунта; снижению энергоёмкости и увеличению производительности способа.

Использование за вл емого способа позволит значительно снизить его энё рго- eiyiKocTb и увеличить производительность по сравнению с известными классическими способами уплотнени .

Claims (8)

1. Способ уплотнени  земл ного полот- нй. включающий определение векторов главных напр жений в массиве, бурение ск важин на рассто нии 3-5 длин волн ос- но|вной частоты, излучаемой в массив, уста- но|вку в них невзрывных пневматических ниточников колебаний, которые расположены параллельно направлению главного напр жени , нагнетание в скважины.

упругов зкого материала, синхронизацию работы источника и возбуждение в массиве колебани , увеличение их амплитуды до величины , при которой напр жени  в масси5 ве достигают половины от разрушающих, поддержание амплитуды на этом уровне, бурение шпуров и нагнетание в них скрепл ющего раствора, определение частот собственных колебаний массива и поэтап0 ное возбуждение в нем колебаний вначале в диапазоне частот 60-1500 Гц, а затем на частоте, равной частоте собственных колебаний массива, отличающийс  тем, что. с.целью снижени  энергоемкости и уве5 личени  производительности, скважины бур т параллельно простиранию земл ного полотна на удалении от него 3-5 м, возбуждение упругих колебаний последовательно производ т попеременной с одной, а затем 0 с другой стороны, при этом вибровоздействи  осуществл ют в течение времени, При котором деформации сжати  перейдут в деформации раст жени , затем переход т на частоту собственных колебаний земл ного

5 полотна.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что нагнетательные скважины бур т глубиной до коренных или скальных пород с шагом 10-15 ми производ т засыпку ое- 0 новани  земл ного полотна грунтом, а затем осуществл ют закрепление грунтов основани  путем силитиказацми или нагнетани  в шпуры скрепл ющих растворов с частотой, равной частоте собственных коле- 5 баний раствора, при этом вибровоздействие осуществл ют с частотой колебаний, равной частоте колебаний нагнетани .

3. Способ по п.1,отличающийс  тем, что вибровоздействи  производ т в те- 0 чение времени, при котором прочность нагнетаемых растворов шпуры не достигнет половины величины их проектной прочности .

4. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с   5 тем, что дл  повышени  проницаемости грунта основани  земл ного полотна перед нагнетанием скрепл ющих растворов нагнетают в них гидроокись натри  или гидроокись натри  с метанолом, нагретые до 0 80°С.

5. Способ по п.1,отличающийс  тем, что скважины дл  виброисточников бур т параллельно простиранию земл ного полотна на удаление от него 1-2 м и возбуж- 5 дают в земл ном полотне колебани  с частотой 1-10 кГц, инициируют кавитирующие процессы в грунтах и определ ют энергию кавитирующего пузырька, возникающего в зоне разрежени  упругой волны из выражени 

Е- zrPoR3 4/3,

где РО геостатическое давление, кг/см ;

R - размер кавитирующего пузырька,, мм.

6. Способ по п.1, отличающийс  тем, что нагнетательные скважины заполн ют редкоземельными веществами с добавкой 10% в жущего, вставл ют в него электроды и подают на них возбуждающее напр жение, причем дл  управлени  параметрами упругих волн измен ют частоту и величину возбуждающего напр жени .

Нал йлетг прампиронц  помтна

0

7. Способ по п.1,отличающийс  тем, что скважины заполн ют водой, воздействуют на воду в скважине мощным лучом лазера и возбуждают упругие колебани  в массиве в выбранном диапазоне частот, причем параметрами упругих волн управл ют измен   частоту и интенсивность луча лазера.

8. Способ по п.1, от л и ч а ю щи и с   тем, что регистрируют импульсы давлени  упругих волн, определ ют их спектры и управл ют формой возбуждающих волн давлени  в выбранном диапазоне частот.

Ш