RU2005130C1 - Способ возведени сейсмостойких сооружений - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : при возведении сейсмостойких сооружений разрабатывают котлован, разупрочн ют грунт, затем упрочн ют грунт, выполн ют фундамент и возвод т надфундаментную конструкцию. Разупрочнение грунта осуществл ют колебани ми частотой 60 - 1500 Гц до снижени  несущей способности грунта на 20 - 60%, причем одновременно с колебани ми в грунт нагнетают ра- зупрочн ющие растворы. При упрочнении грунта осуществл ют колебани  грунта с частотой, равной собственной частоте колебаний грунта, и одновременно нагнетают в грунт закрепл ющие растворы Вибровоздействи  на грунт производ т посредстт вом невзрывных сейсмических источников, размещенных в скважине по центру котлована. При выполнении фундамента производ т виброподачу бетонного раствора в котлован. Фундамент выполн ют с частотой собственных колебаний, составл ющей 1,6 - 4,0 резонансной частоты колебаний грунта , а все сооружение - 0,6 - 3.3 резонансной частоты колебаний грунта 7 з ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к ббласти строительства и может быть использовано дл  возведени  сейсмостойких сооружений с использованием упругого миграционного геоэффекта и кавитации во флюидосодер- жащих грунтах и породах оснований и сооружений , подверженных сейсмическим воздействием.

Известно основание зданий, сооружений , состо щее в плане из участков различных жесткостей, отличающеес  тем, что, с целью повышени  эксплуатационной надежности при сейсмических воздействи х отношение En/Yn к En+1/Yn+t материалов смежных участков определ ют из условий

§JL Е + V о 54 v 7 . , и.оч Y n т п + 1

Е n + 1

Y „ +1 Y п + 1

Еп

1,9,

где En, En+i - модули деформации материалов смежных п и п+1 участков;

Yfl, Yn+i - их плотности 1.

Известное решение трудоемко, нетехнологично , не позвол ет управл ть состо нием и свойствами грунтов и пород и осуществл ть выбор резонансных частот грунта, основани  и сооружени  с учетом сейсмических воздействий.

Известен способ возведений сейсмостойких сооружений, включающий разработку котлована, бурение в нем скважин, разуплотнение грунта преследующее его уплотнение путем вибрЬвоздействий на грунт и подачи через скважины материала, выполнение в котловане фундамента и возведение надфундаментной конструкции 2.

Известный способ не позвол ет управл ть состо нием и свойствами грунта и пород оснований и сооружений, не использует в своем арсенале упругий миграционный геоэффект и кавитацию и не позвол ет осуществл ть выбор резонансных частот грунта и сооружени  с учетом сейсмических нагрузок.

Цель изобретени  - повышение эксплуатационной надежности при сейсмических воздействи х.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу разупрочнение грунта осуществл ют созданием в нем посредством размещенных в скважинах виброисточников нарастающих по амплитуде колебаний до снижени  несущей способности грунта на 20-60% и в диапазоне 60-1500

Гц с уровнем напр жений в знакопеременной упругой волне, равным 0,3-0.5 несущей способности грунта, а при упрочнении грунта вибровоздействи  и подачу материала

производ т одновременно, причем, вибровоздействи  осуществл ют с частотой, равней собственной частоте колебаний грунта, подачу материала осуществл ют путем нагнетани  закрепл ющего раствора, фундамент создают с собственной частотой колебаний, осуществл ющей 1,6-4,0 резонансной частоты колебаний грунта.

Резонансную частоту грунта определ ют посредством размещенного в пробуренной до коренных или скальных пород скважине невзрывного сейсмического устройства колебаний с нарастающей через 1 Гц амплитудой от 10 до 1500 Гц, регистрации сейсмических колебаний грунта, определени  их спектров и вы влени  распределени  частот и соответствующих им энергий.

Невзрывной сейсмический источник образуют из обсадной трубы с покрытием, содержащим редкоземельный элемент, и Соединенных с трубой электродов, а колебани  грунта создают подачей на электроды

напр жени , причем параметры колебаний регулируют путем регулировани  величины напр жени  и частоты его подачи.

Сооружени  выполн ют с собственной частотой колебаний, составл ющей 0,6-3,2

резонансной частоты колебаний грунта.

При разупрочнении грунта одновременно с колебани ми в грунт нагнетают разупрочн - ющие растворы поверхностно-активных веществ или гидроокиси натри  или гидроокиси

натри  с метанолом, нагретые до температуры

выше 80°С.

При выполнении фундамента в скважинах и котловане размещают арматуру и осуществл ют виброподачу бетонного раствора

с частотой его собственных колебаний, а после заполнени  котлована воздействуют на раствор колебани ми с частотой, равной частоте собственных колебаний грунта до достижени  раствором прочности,

составл ющей 0,5 проектной или нормативной ее величины.

Осуществл ют неразрушающий контроль грунта на частотах 60-1500 Гц, фундамента на частотах 1500-3000 Гц и

сооружени  на частотах 2000-3000 Гц.

Перед подачей бетонного раствора на

дне котлована размещают слои геотекстил . На фиг.1 приведена схема реализации способа: где 1 - грунтовой массив; 2 - скважина глубиной до коренных или скальных

пород; 3 - обсадна  труба с нанесенным на нее слоем редкоземельного элемента 4. обладающего гигантской магнитострикцией; 5 - источник напр жени , 6 - электронный пульт управлени  (блок согласовани ), 7микропроцессор (миниЭВМ); на фиг.2 - сечение А-А скважины 2, обсадной трубы 3 и нанесенного на нее слэ  редкоземельного элемента 4.

Способ осуществл ют следующим об- разом.

В грунтовом массиве 1 создают котлован дл  фундамента, в нем в шахматной пор дке с шагом 10-12м бур т скважины 2, в центральной скважины 2 размещают невзрывной сейсмический источник, представл ющий собой обсадную трубу 3, на поверхность которой нанос т слой редкоземельного элемента 4, которому подвод т электроды и на который в свою очередь, подают возбуждающее напр жение от источника 5, и посредством электронного пульта 6 управлени  и микропроцессора 7 с заложенной в его пам ть программой, уп- равл ют параметрами упругих волн, возбуждаемыми в массиве, дл  чего измен ют величину возбуждающего напр жени  и его частоту и управл ют параметрами упругих волн в диапазоне от 10 до 30 000 Гц.

Дл  определени  резонансных частот грунта возбуждают в массиве упругие колебани  в диапазоне от 10 до 1500 Гц, регистрируют их, определ ют спектры этих колебаний и соответствующие им энергии и с учетом полученной информации вы вл ют резонансные частоты грунта и пород, на которых возможны разрушени  зданий, сооружений и АЭС при сейсмических воздействи х.

Перед созданием фундамента роют в массиве 1 котлован, бур т в нем скважины 2, нагнетают в них ПАВ, гидроокись натри  или гидроокись натри  с метанолом, нагретые до 80°С, в совокупности с вибровоздей- стви ми в диапазоне от 60 до 1500 Гц вибровоздействи  производ т в течение времени, при котором несуща  способность грунта не снизитс  на 20-60% по сравнению с первоначальной, что соответствует оптимальной проницаемости грунтового массива и увеличению гидро- и аэродинамических св зей в нем, после чего переход т на частоту вибровоздействи  равную часто- те собственных колебаний грунта, и нагнетают в скважины 2 пробуренные до коренных или скальных пород скрепл ющие растворы, которые в свою очередь, проника  в поры и тр ещины грунта, создают

15

5

п 5 0

5 0

5 е

0

более прочное сцепление грунта во всем объеме котлована фундамента, и прочность грунта повышаетс  от 10 до 60%, что проверено методом гидроразрыва до и после виб- ровсздействи .

Затем на поверхность основани  фундамента помещают геотекстиль в несколько слоев, который предохран ет фундамент и стро щеес  на нем здание, сооружение или АЭС от воздействи  грунтовых вод и предотвращает утечку, например, зараженных радионуклидами флюидов под АЭС в окружающую среду.

После зтого подают бетонный раствор в котлован, предварительно разместив в скважинах 2 и котловане арматуру, причем, подачу раствора производ т в совокупности с вибровоздействи ми с частотой собственных колебаний бетона и уровнем напр жений в знакопеременной упругой волне, равной 0,2-0,3 от разрушающих, что позвол ет раствору в считанные минуты или часы в зависимости от его объема и размеров котлована фундамента раствору приобрести форму котлована. Вибровоздействи  осуществл ют затем с частотой колебаний, равной собственной частоте грунта, и производ т их в течение времени, при котором прочность раствора достигнет 0,5 от нормативной или проектной величины. В том случае , если размеры котлована фундамента значительны - более 100 м, подачу раствора осуществл ют посекционно.

Дс, во врем  и после вибровоздействи  осуществл ют неразрушающий контроль: вначале определ ют напр женно-деформированное состо ние и несущую способность грунтового массива в месте размещени  фундамента на частотах 60- 1500 Гц, дл  чего используют виброисточники в виде обсадной трубы 3 с нанесенным на нее слоем редкоземельного элемента типа PFe2: MFe2, ТьРе2, HoFe2, BrFe2, ТмГ-ез, обладающих гигантской магнитострикцией, в которых под воздействием возбуждающего напр жени  от источника 5 напр жени  наводитс  электромагнитна  волна, до 50% энергии которой переходит в упругие колебани , причем измен   частоту и величину возбуждающего напр жени , управл ют параметрами упругих волн в широком диапазоне частот от 10 до 30 000 Гц. Возбужда  упругие сейсмические колебани  в выбранном диапазоне частот 60-1500 Гц, регистрируют их на поверхности грунта, стро т в изолини х скоростей продольных или сдвиговых волн карты распределени  пол  напр жений и изменени , например, модул 

упругости среды с глубиной. Аналогичным образом осуществл ют неразрушающий контроль за состо нием фундамента, возбужда  колебани  в диапазоне 1500-2000 Гц или самого здани , сооружени  или АЭС, возбужда  колебани  в диапазоне 2000- 300000 Гц, причем выбор диапазона частот зависит от размеров контролируемой детали , части здани  или сооружени , например , при размерах детали 20 м необходимо соблюсти услови  волнового подоби  - соотношени  размеров длины волны и размеров детали, то есть длина волны на частотах на частоте 2000 Гц - длина волны {3000 м/е)/(2000 Гц)1,5 м на частоте 30000 Гц - длина волны°(3000 м/с)/(30 000 Гц)0,1 м при скорости Р волн в детали, равной 3000 м/с.tfj

Распространение упругой волны без заметного затухани  от источника колебаний до места ее приема в детали составл ет 10- 15 длин волн, то есть эффективный нёразру- шающий контроль осуществл ют на базах - на частоте 2000 Гц это составл ет 15-22 м и на частотах 30 000 Гц 1,5-2,2 м, то есть выбор диапазона частот зависит от соотношени  длины волны и размеров контролируемой детали.

Дл  экранировани  водоносного сло  грунта от фундамента и здани , сооружени  или АЭС, размещают в основании котлована геотекстиль, который устойчив к воздействию кислот и гниени  и предотвращает поглощение материалом фундамента и самим зданием влаги из почвы, что предохран ет материалы, из которых они выполнены, от старени , преждевременного разрушени  и продл ет безремонтный срок их службы .

Таким образом, при создании стро щихс  зданий, сооружений или АЭС на вибростенде определ ют собственные частоты отдельных деталей и несущих конструкций экспериментально, определ ют резонансные частоты стро щихс  зданий и сооружений и выбирают их из услови , чтобы они отличались от 60 до 320% от резонансных свойств грунта с таким условием, чтобы избежать негативных динамических про влений сейсмических нагрузок при землетр сени х. Размещение виброисточников и последующее возбуждение широкого диапазона частот в зависимости от назначени  и целей решаемых задач позвол ет не только укрепить грунт в основании фундамента и получить более прочное сцепление фундамента с грунтовым массивом и осуществить неразрушающий контроль грунтового массива.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

фундамента и здани  в процессе их эксплуатации , но и значительно снизить риск разрушени  их при землетр сени х и повысить их несущую способность по сравнению с традиционными способами.

Преимущества способа состо т в том. что размещение виброисточников в котловане фундамента позвол ет; возбуждать сейсмические и упругие колебани  в выбранном диапазоне частот при неизменных контактных услови х в режиме накоплени  и закачать в грунт необходимую упругую энергию дл  управлени  состо нием и свойствами грунтового массива: повысить несущую способность грунта и основани  фундамента; выбрать резонансные частоты здани , сооружени  или АЭС с учетом резонансных частот грунта основани  и тем самым избежать негативных динамических про влений при землетр сени х; повысить срок службы фундамента, зданий за счет проведени  неразрушающего контрол  до, во врем  и после вибровоздействий во врем  их эксплуатации.

Сущность изобретени , состоит л том, что при распространении упругой волны на ее пути возникают волны сжати  и раст жени , способствующие перемещению - миграции флюидов, имеющихс  в порах и трещинах грунта или твердых тел, конструкций , вследствие чего резко измен етс  по- ровое давление и, как правило, измен ютс  прочностные свойства грунта, окружающих эти поры и трещины, то есть упруга  волна действует как тектонический насос и способствует увеличению миграции флюидов на несколько пор дков быстрее, чем в отсутствие упругой волны. Эти  влени  сопровождаютс : перераспределением пол  упругих напр жений на пути распространени  мощных вибрационных нагрузок; частичным источником газов из пор и трещин, то есть дегазацией локального участка грунта , подверженного вибровоздействи м; кавитацией при определенных начальных и граничных услови х.

Если на пути распространени  упругой волны встречаютс  участки нагретых пород свыше 30°С, то резко увеличиваетс  проницаемость грунта на пути потоков флюидов, и при этом кавитирующие потоки флюидов съедают перегородки между порами и трещинами и делают их сообщающимис , что с одной стороны повышает проницаемость массива, а с другой - снижает его несущую способность до 60% по сравнению с первоначальной , дает возможность нагнетать в массив скрепл ющие растворы и более по9200513010

лно заполнить пустоты и трещины и пол-частот грунта и сооружений, повысить срок

учить более полное сцепление фундаментаих службы по сравнению с имеющимис 

с массивом, повысить его несущую способ-классическими способами. Ожидаемый эконость .номический эффект от внедрени  за вл е5мого способа составл ет 156 т. руб. в год. Использование предлагаемого изобретени  позволит избежать негативных дина-(56) Авторское свидетельство СССР мических про влений при землетр сени х иN: 1191524, кл. Е 02 D 27/34, 1983. снизить риск разрушени  зданий и соору-Авторское свидетельство СССР жений и в особенности АЭС от сейсмиче- 10№ 1506028, кл. Е 02 D 27/34, 1987. ских нагрузок за счет разноса резонансных

Claims (3)

1. СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ СЕЙСМО- 15 разуют И3 обсаДной тРУбы с покрытием, СТОЙКИХ СООРУЖЕНИЙ, включающий содержащим редкоземельный элемент, и разработку котлована, бурение в нем сква- соединенных с трубой электродов, а коле- жин, разупрочнение грунта и последующее бани  грунта создают подачеи на электр°- его упрочнение путем вибровоздействий ды напр жени , причем параметры на грунт и подачи через скважины матери- 20 колебаний регулируют путем регулирова- ала. выполнение в котловане фундамента и ни  величины напр жени  и частоты его возведение надфундаментной конструк- подачи,

цйи, отличающийс  тем, что разуплотнение4- Способ по п.1, отличающийс  тем,

грунта осуществл ют созданием в нем по- что сооружение выполн ют с собственной средством размещенных в скважинах виб- 25 частотой колебаний, составл ющей 0,6 - роисточников нарастающих по амплитуде 32 Резонансной частоты колебаний грун- колебаний до снижени  несущей способ- та ности грунта на 20 - 60% и в диапазоне 605. Способ по. п.1, отличающийс  тем,

-1500 Гц с уровнем напр жений в знако- п что при разупрочнении грунта одновре- переменной упругой волне, равным 0.3 - менно с колебани ми в грунт Нагнетают 0,5 несущей способности грунта, а при уп- разупрочн ющие растворы поверхностно- рочнении грунта вибровоздействи  и под- активных веществ, или гидроокиси натри , ачу материала производ т одновременно, или гидроокиси натри  с метанолом, на- причем вибровоздействи  осуществл ют с с гретые до температуры выше 80 С. частотой, равной собственной частоте ко-6. Способ по п.1, отличающийс  тем, лебаний грунта, подачу материала осуще- что при выполнении фундамента в скважи- ствл ют путем нагнетани  закрепл ющего нах и котловане размещают арматуру и раствора и фундамент создают с собствен- осуществл ют виброподэчу бетонного рас- ной частотой колебаний, составл ющей 1,6 40 твора с частотой его собственных колеба-4 ,0 резонансной частоты колебаний грун- ний, а после заполнени  котлована та.воздействуют на раствор колебани ми с

2.Способ по п.1, отличающийс  тем,частотой, равной частоте собственных ко- что резонансную частоту грунта определи лебаний грунта, до достижени  раствором ют путем возбуждени  посредством разме-45 прочности, составл ющей 0,5 проектной щенного в пробуренной до коренных илиили нормативной ее величины. скальных пород скважине невзрывногр7. Способ по п.1, отличающийс  тем, сейсмического устройства колебаний с на-что осуществл ют неразрушающий конт- растзющей через 1 Гц амплитудой от 10 дороль грунта на частотах 60 - 1500 Гц, фун- 1506 Гц, регистрации сейсмических коле-50 дамента - на частотах 1500 - 2000 Гц и баний грунта, определени  их спектров исооружени  - на частотах 2000 - 30000 Гц. вы влени  распределени  частот и соот-8. Способ по п.1, отличающийс  тем, ветствующих им энергий.что перед подачей бетонного раствора на

3.Способ по п.1 отличающийс  тем, Дне котлована размещают слои геотексти- что невзрывной сейсмический источник об-л .