SE460979B - Foerfarande och anordning foer infoerande och inblandning in situ av hydroxialuminium i formationer av kvicklera - Google Patents

Description

15 20 25 30 460 979 2 är kant i full skala då saltkällor innehållande KCl installe- rades tvà år före ett större landsvägsbygge.

En metod för djupstabilisering är övergjutningen av osläckt kalk (CaO> in i marken. Kalk är ett gammalt stabilise- rande medel som har använts under årtionden som ett'konstruk- tionsmaterial. I USA under 1940-talet och i Europa under 1950-talet användes kalk som ett ytstabiliserande medel.

Djupstabiliseringsmetoden innefattar blandning och formning av kalken med leran för att bilda en serie staplar som sträcker sig ned in i leran. Dessa staplar åstadkommer sidostabilise- ring för lerfyndigheten.

Hydroxialuminium (Al(OH2'5Xl0'5) enbart och i kombina- tion med kemikalier såsom kaliumklorid (KCI) beskrives som ett lerstabiliserande medel i amerikanska patentskriften nr 4 360 599 i namnen Tor Loken och Odd R. Bryhn den 23 novem- ber 1982. Samma patent beskriver behovet av en riktig inbland- ning av stabiliseringsmedlet in i leran för att uppnå de önskade resultaten. Några stabiliserande kemikalier såsom hydroxialuminium har strängare blandningsfordringar än osläckt kalk. Existerande blandningsanordningar och förfaranden är funktionella men åstadkommer inte konsekvent den exakta bland- ningen som erfordras för att åstadkomma det önskade resulta- ten. Det finns fortfarande ett behov av en förbättrad metod och anordning för att på ett riktigt sätt blanda stabiliseran- de kemikalier in i lermarken.

Sammanfattning av uppfinningen Föreliggande blandningsanordning kännetecknas av: ett skruvformigt blad med bladlängder om åtminstone ett varv och med en central oppning därigenom, varvid bladet har en väsentlig tjocklek intill den centrala öppningen och avsmalnar mot en yttre kant, ett iháligt vridningsrör med en ände införd genom den centrala öppningen i det skruvformiga bladet och fast förbundet däri, utloppsöppningar i vridningsröret, medel för pumpning av hydroxialuminium genom det ihåliga vridningsröret ut ur utloppsöppningarna och in i formationen, medel, som förbinder pumpmedlet med vridningsrörets övre ände, medel för att bringa vridningsröret att rotera, i í 10 15 20 25 30 3 460 979 medel för reglering av vridningsrörets vertikala framdriv- ningshastighet, medel för att bringa det skruvformiga bladet att rotera med annan hastighet än vridningshastigheten och förbiledningskanaler i bladen för strömning av material genom det skruvformiga bladet, när det bringas att rotera i forma- tionen.

Sättet enligt uppfinningen kännetecknas av följande steg: (a) att ett ihaligt vridningsrör med ett skruvformigt blad, som har bladlängder om atminstone ett varv, bringas att rotera ned i formationen, varvid bladet har väsentlig tjocklek intill vridningsröret och avamalnar mot en yttre kant, (b) att en störd kolonn åstadkommas i formationen och att hydroxialuminium bringas att strömma ned i vridnings- röret till det skruvformiga bladet och in i formationen, (c) att vridningsröret och det skruvformíga bladet bringas att rotera pa plats, varigenom hydroxialuminium blandas in i formationen, (d) att det spiralformiga bladet bringas att rotera ut från formationen och att formationen tillátes att stabilisera sig och (e) att aterströmning tillates genom förbiledningakanaler i bladet.

Den kontinuerliga och kraftiga skruvformen hos förelig- gande blandningsanordning gör att den kan att löpa runt i jorden under avledning eller omdirigering av stenar och hinder utan skada. Rotationshastighet, vertikal rörelsehastighet och rotationsriktning regleras frán ytan och kan bríngas att variera sa, att blandningsprocessen blir optimal.

Kort beskrivning av ritninqarna Fig. l visar baskonstruktionen hos blandningsanordningen in situ inkluderande en bortskuren vy för en eventuell place- ring av utgàngsöppning; fig. 2 är en alternativ utföringsform av blandningsanordningen in situ inkldderande förbiledningskanaler; fig. 3 är en alternativ utföringsform av in situblandningsan- UI 10 20 30 35 460 979 ordningen inkluderande multipelblad; och 4 fig. 4 illustrerar blandningsmetoden enligt föreliggande uppfinning.

Detalibeskrivninq av uppfinningen.

Uppfinningen kommer nu att àskàdliggöras mer i detalj under hänvisning till bifogade ritning, Enligt fig. 1 är anordningen 14 för blandning in situ förbunden med änden av ett ihåligt rör 12 för ástadkommande av vridning. Ett skruv- formigt blad 16 med en bladlängd om 1,5 varv är fäst vid röret 12. Utgångsöppningar är anbringade pa röret 12 för att tillata kemikalier att strömma ut ur röret 12 och in i formationen 30.

Utgångeöppningarna kan vara anbringade pa röret 12 mellan de skruvformiga bladen 16, (såsom visas genom öppningen 18) eller pá det skruvformiga bladet 16 självt (såsom visas genom öppningarna 20 och 22).

Fig. 2 åskådliggör en alternativ blandningsanordning 40 med förbiledningskanaler i det ekruvformiga bladet 116. Förbi- ledningskanalerna tillater lera och stabiliserande kemikalier att cirkulera tillbaka genom blandningsanordningen 40 när den roterar genom leran 30. Förbiledningskanalerna kan vara an- bringade på kanten av det skruvformiga bladet 116 (såsom visas genom kanal 42) eller invändigt (sàsom visas genom kanal 44).

Alternativt är blandningsanordningen inte begränsad till det skruvformiga bladet 16 om 1,5 varv med konstant diameter som i fig. 1. I överensstämmelse med en vidare syn på uppfin- ningen omfattar det skruvformiga bladet en eller flera varv (eller delar därav) och har varierande diameter eller stig- ning. Fig. 3 askadliggör en alternativ blandningsanordning som har tva skruvformiga blad 216, vart och ett av dem om mer än ett varv. Ett enda rör 12 för astadkommande av vridning kan inrymma åtskilliga skruvformiga blad 216 pà ett sådant satt.

En spetsig topp 13 pà röret 12 för astadkommande av vridning kan vara gängat eller jämnt, varvid toppen 13 verkar som en lokaliseringsanordning eller centraliseringsanordning för den blandande anordningen 14. Eventuellt kan toppen 13 vara borttagbar. Eftersom toppen 13 är den ledande punkten for blandningsanordningen 14, är den utsatt för grovt slitage och 10 15 20 30 35 5 4eo 979 kan fordra flera förekommande utbyten än de återstående delar- HE.

Det skruvformiga bladet har en form liknande den hos ett pumpskovelhjul (se fig. 1 och fig. 2). Ett sådant blad kan framställas av en lämplig skovelhjulstillverkare. Enligt den föredragna metoden för konstruktionen är det skruvformiga bladet 16 och 116 utfört av plåt av mjukt kolstal med en tjocklek om ca 5 mm. Två skivor med lämplig diameter skäras ut med ett centralt hal för röret 12. En spiral skäras i varje skiva, som därefter sträckes till skruvform. De tva skruvfor- marna svetsas därefter vid det ihåliga rörets 12 centrum för ástadkommande av vridningsröret och svetsas även tillsammans vid de yttre kanterna. Slutbearbetning åstadkommer en jämn yta, förbiledningskanaler 42 och 44 och utgángsöppningar 18, 20 och 22.

Den föredragna metoden för tillverkning av förbiled- ningskanalen 42 pa kanten av det skruvformiga bladet 116 är helt enkelt att skära ut en sektion av metallen. Gapet mellan de övre och undre sidorna av det skruvformiga bladet 116 fylles genom pasvetsning. Området bearbetas därefter med maskin för àstadkommande av en jämn yta. De invändiga förbi- ledningskanalerna 44 tillverkas genom att hal ekäres i de övre och undre sidorna, att ett rör, som har samma diameter som hålen. insattes och fastsveteas och att rörändarna fastsvetsas i jämnhöjd med bladets 116 ytor.

Alternativt kan hela det skruvformiga bladet 16 eller 116 smidas och maskinbearbetas ur ett enda stycke metall och därefter svetsas vid det ihåliga röret för ästadkommande av vridningsröret. Ett sådant förfarande kommer att ge en anord- ning med överlägsen styrka, ehuru eventuellt till högre kostnad. Andra tillverkningsförfaranden kan synas självklara för fackmannen.

En sträng av en hårdare metall kan paföras pà bladets ledande kanter, vilka är utsatta för det grövsta slitaget. Återstoden av bladet kan tillverkas av mjukt kolstal, vilket är mer tänjbart, varigenom risk för skador minskas och man undviker att stenar uppfangas vid borrning genom mark. 10 15 20 25 30 35 460 979 Fig. 4 visar ett sätt enligt föreliggande uppfinning för 6 stabilisering av en jordformation 30, såsom kvicklera, genom ástadkommande av en störd pelare 32 i kvickleran 30 och över- gjutning av en stabiliserande kemikalie, såsom hydroxialumi- nium, med hjälp av anordningen 14 för blandning in situ.

Blandningsanordningen 14 bringas att rotera genom den övre delen av jorden 34 och ner till av kvicklerans undre del 30.

Anordningen bringas därefter att rotera och förflyttas upp genom formationen med en hastighet pa den vertikala rörelsen som är mindre än gängförhàllandet, under det stabiliseringske- mikalie, hydroxialuminium, pumpas ned genom röret 12 genom utgangsöppningarna och in i kvickleran, där den grundligt blandas genom rotation av blandningsanordningen 14. áedel för ástadkommande och reglering av den vertikala och roterande rörelsen finnes i den ytligt belägna utrustningen 36. Sådan ytutrustning är tillgänglig från Linden-Alimak AB, 593103 Skellefteå, Sverige. Linden-Alimak ar ett företag som åstad- kommer markstabiliseringsutrustning och har den erforderliga utrustningen färdig och tillgänglig för användning tillsammans med föreliggande uppfinning.

Inblandningen är astadkonmæn genom rotering av anord- ningen 14 med en hastighet som skiljer sig fràn gänghastighe- ten. Gänghastigheten är den rotationshastighet vid vilken det skruvformiga bladet 16 och 116 skulle rotera genom jorden ungefär som en skruv vrider sig genom trä. När anordningen 14 bringas att rotera snabbare än gänghastigheten eller bringas att rotera på samma plats trycker anordningen 14 formationsma- terialet bakom sig. Eftersom materialet icke har någonstans att ta vägen, maste det cirkulera under glidning bakat runt bladets yttre kanter. Förbiledningskanalerna 42 och 44 kan tillata ytterligare cirkulation för att därigenom underlätta blandningsaktionen.

De stabiliserande kemikalierna kan vara övergjutna under det att blandningsanordningen 14 roteras pà plats, roteras upp genom formationen, eller roteras ned genom formationen. Verti- kal rörelsehastighet, rotationshastighet och riktningen för blandningsanordningen kan varieras för att optimera bland- ningen. För att uppnà optimal blandningsverkan kan anordníngen 10 20 25 30 40 7 460 979 roteras med hastigheter som skiljer sig fràn gänghastigheten.

Den föredragna metoden är att rotera anordningen snabbare än gänghastigheten för att åstadkomma en grundligare blandninge- verkan. Om en pelare av en formation såsom kvicklera blir överförd till vätsketillstànd när blandningsanordningen 14 roteras ned genom formationen kan blandningsanordningen 14 röras uppat genom formationen under rotation i en riktning motsatt gängriktningen för att åstadkomma kraftigare bland- ningsverkan. Blandningsanordninen 14 kan också röras vertikalt i en fram och återgaende rörelse för att befrämja blandninge- processen.

Den aktuella blandningsproceduren kommer att bero pà formationens egenskaper. Vid stabiliaering av norsk kvicklera med hydroxialuminium exempelvis reagerar hydroxialuminiumet sakta och kan övergjutas in i formationen när blandningsanord~ niangen roteras ner genom formationen. Blandningen kan sedan ske bade vid nedåtgående och uppatgaende rörelse. Vid stabili- sering av nagra lerformationer med kalk är den kemiska reakti- onen nästa omedelbar. Kalken maste övergjutas pa den uppåt- gaende rörelsen eftersom när väl kalken är inblandad hårdnar leran snabbt.

Valfritt kan ett tryck av l,O6 - 1,41 kg/cmz vatten eller företrädesvis luft paläggas pa röret 12 (och utgàngsöpp- ningarna 18, 20 och 22) för att förhindra inträngning av jord under borrningen. Alternativt kan röret 12 och utgangsöpp- ningarna 18, 20 och 22 erfordra spolning för att avlägsna jordpluggar.

Amerikanska patentet 4,360,S99 i namnen Tor Loken och Odd R. Bryhn beskriver en lerstabilisering genom inblandning av speciellt torra kemikalier i leran. Blandningsanordningen enligt föreliggande uppfinning kan inrymma torra kemikalier genom pumpning av dessa kemikalier i en luftström ned för 20 och 22 och in i formationen 30. Alernativt kan en flytande lösning av stabili- röret 12 ut genom utgàngsportarna 18, serande kemikalier lätt pumpas ner genom röret 12 och in i formationen 30 under användning av en vätskepump.

Ehuru endast specifika utfötingsfotmer av föreliggande uppfinning har beskrivits i detalj är uppfinningen inte be- gränsad därtill utan är avsedd att inkludera alla utförings- former inom ramen för bifogade patentkrav.

Claims (2)

460 979 Patentkrav

1. Blandningsanordning för införande och inblandning in situ av hydroxialuminium i formationer av kvicklera, k ä n- n e t e c k n a d av ett skruvformigt blad med bladlängder om åtminstone ett varv och med en central öppning därigenom, varvid bladet har en vä- sentlig tjocklek intill den centrala öppningen och avsmalnar mot en yttre kant, ett iháligt vridningsrör med en ände införd genom den centrala öppningen i det skruvformiga bladet och fast förbundet däri, utloppsöppningar i vridningsröret, medel för pumpning av hydroxialuminium genom det ihåliga vrid- ningsröret ut ur utloppsöppningarna och in i formationen, medel, som förbinder pumpmedlet med vridningsrörets övre ände, medel för att bringa vridningsröret att rotera, medel för reglering av vridningsrörets vertikala framdriv~ _ningshastighet, medel för att bringa det skruvformiga bladet att rotera med annan hastighet än vridningshastigheten och förbiledningskanaler i bladen för strömning av material genom det skruvformiga bladet, när det bringas att rotera i formar tionen.

2. Sätt att införa en hydroxialuminiumblandning i en kvickleraformation med hjälp av en anordning för blandning in situ, k ä n n e t e c k n a t av följande steg: (a) att ett ihàligt vridningsrör med ett skruvformigt blad, som har bladlängder om åtminstone ett varv, bringas att rotera ned i formationen, varvid bladet har väsentlig tjocklek intill vridningsröret och avsmalnar mot en yttre kant, (b) att en störd kolonn ástadkommes i formationen och att hydroxialuminiumn bringas att strömma ned i vridnings- röret till det skruvformiga bladet och in i formationen, (c) att vridningsröret och det skruvformiga bladet bringas att rotera pa plats, varigenom hydroxialuminium blandas in i formationen, é 460 979 (d) att det spiralformiga bladet bringas att rotera ut fran formatíonen och att formationen tillates att stabilisera sig och (e) att àterströmning tillàtes genom förbiledningskanaler i bladet.