Способ термического укрепления грунта

,Ъс ОПИСАНИЕ ИЗОбРЕТЕНИЯК А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 00 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(46) 15.01.88. Бюл. Иф 2 (71) Московский текстильный институт им. А.Н. Косыгина(53) 624.138.29:624.138.9(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР йф 538094, кл. Е 02 О 3/11, 1974.Авторское свидетельство СССР У 914714, кл. Е 02 0 3/11, 1980. (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА(57) Изобретение относится к облас строительства на связных мерзлых грунтах путем их укрепления термич ким воздействием с образованием опоры. Изобретение направлено на обеспечение выполнения работ при сезонном замерзании грунта. Это достигается тем, что скважины бурят ниже глубины сезонного промерзания грунта.Размещение в скважине зарядов взрывчатого вещества и инициирование ихвзрыва производится после нагревагрунта. Нагревание ведется тепловымпотоком с температурой 200-300 С дотаяния образовавшегося в грунте льдав пределах укрепляемого грунта. Приводится математическая зависимостьдля определения радиуса контура укрепления грунта 1 табл., 2 ил.6598 2 136Изобретение относится к строительству на связных мерзлых грунтах путем их укрепления термическим воздействием с образованием опоры.Цель изобретения - обеспечение воэможности работ при сезонном замерзании грунта.На фиг. 1 показана технологическая схема с размещением оборудования до уширения скважины; на фиг. 2 - то же, после уширения скважины взрывом.Способ осуществляется следующим образом.Вначале бурят скважину 1 диаметром 50-70 мм на глубину 2 ниже сезон ного промерзания 3 грунта. Затем в скважину 1 устанавливают электронагреватель 4, соединенный через трансформатор 5 с внешним источником 6 электроэнергии. В забое скважины 1 электронагреватель 4 фиксируется прокладкой 7. После включения электронагревателя 4 грунт нагревается до полного таяния льда на внешнем контуре 8 укрепляемого массива, радиус которого определяют из зависимости 5 10 1 Г, 20 мере заплавления ствола скважины 1 расплавом 13 извлекают из скважины 1При этом температуру в стволе поддерживают около 1200 ОС, что превышает в 4-6 раз температуру в скважине 1 в процессе нагревания грунта до полного таяния льда на внешнем контуре 8, которая составляет 300-200 С, что исключает резкое испарение влаги из ствола скважины 1, закрытой при этом негерметическим затвором 14, Контроль за распространением контура 8 полного таяния льда осуществляется через открытые шпуры 1 Ъ отбором из них проб.При необходимости увеличения несущей способности грунтовой опоры забой скважины уширяют (не показано). При заплавлении ствола скважины 1 могут использоваться и другие источники тепловой энергии, например сжигание топливных смесей известными способами.Предлагаемая технология выполнения способа основана на следующих закономерностях.Бурение скважин ниже глубины про30 где 0 5 степень влажности грунта в природном состоянии;С, - степень влажности грунтапри таянии в нем льда;В, - радиус скважины, м;В, - радиус уширенной взрывомскважины, м.После этого электронагреватель 4 извлекают из скважины 1 и погружают в скважину 1 удлиненный заряд в гидроизоляционной оболочке (не показано и взрывают его без выброса грунта на поверхность. Мощность заряда рассчитывается по известным закономерностям в зависимости от требуемого диаметра ствола из условий несущей способности. В результате действия взрыва заряда образуется уплотненный слой 9 грунта а содержащаяся в нем влага отжимается в кольцевой слой 10 между уплотненным слоем 9 и внешним контуром 8 укрепляемого массива грун та. Затем в скважину 1 из бункера 11 постепенно погружают грунтовые смеси 12 из местного грунта с добавками, предварительно установив в скважине 1 электронагреватель 4, который по мерзания грунта позволяет обеспечитьустойчивость термогрунтового образования по подошве. Это способствуеттакже более интенсивному оттаиваниюгрунта от забоя восходящими потокамитепла. Генерация тепла перед взрывом заряда определяется условием обеспечения миграции влаги от стенок шпура в радиальном направлении, что невозможно сделать в неоттаенном грунте из-за наличия в порах льда. Взрыв обеспечивает отжатие влаги иэ расчетного объема, практически мгновенно. Он дает возможность создавать скважину заданного расчетом размера. Взрыв образует уплотненный в стенках грунтовый слой, который обеспечивает гидроизоляцию стенок от проникания в ствол отжатой влаги.Нагревание грунта до полного оттаивания льда на внешнем контуре укрепляемого массива обеспечивает полное освобождение от льда порогового пространства и свободное заполнение его отжимаемой взрывом водойОбразование вокруг ствола из рас" плава грунта равномерно распределенной оболочки из насыщенного влагой талого грунта устраняет развитие горизонтальных сил сдвига при замер5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 зании грунта, т.е. обеспечивает устойчивость термогрунтового образования. Совокупность уплотненного слоя грунта в стенке скважины и расплава грунта при температуре около 1200 С с водонасыщенной оболочкой вокруг заплавляемой скважины создает скачок градиента температур, что приводит к разрушению кристаллической решетки грунта, уменьшению сил сцепления его с термогрунтовым образованием и в конечном счете - повышению несущей способности термоукрепленного грунта.П р и м е р. На строительной экспериментальной площадке осуществлялось термическое укрепление по- кровного суглинка в опоре. Глубина сезонного промерзания 1,8 м. Степень влажности грунта в природном состоянии С, = 0,5. Требуемая расчетом средняя прочность на сжатие термогрунтовой опоры (по прочности материала) 12 МПа при радиусе В,щ =0,15 м. Температура устойчивого плавления суглинка 1150-1200 С.Скважина 1 была пройдена в виде шпура диаметром 50 мм установкой УГБс насадкой на глубину 2, равную 2,5 м, т.е. ниже глубины 3 сезонного промерзания на 0,7 м. После этого в скважину 1 был установлен электронагреватель 5 из полосовых электродов сплавов ОХ 23 Ю 5 А, соединенный через печной трансформатор 5 типа ТПО 250/40/ПКУк внешней сети 6, Для фиксации нагревателя 4 в забое скважины была установлена прокладка 7 из керамики, После включения электронагревателя 4 в скважине 1 поддерживалась температура 300- 200 С в течение 23-19-17 ч (соответственно на трех опорах), пока на внешнем контуре укрепляемого массива грунта 8 полностью не растаял лед. Согласно завивисмости (1) для реальных условий й = 0,24 м,Затем электронагреватель 4 демонтировали, в шпуры-скважины 1 устанавливали удлиненные заряды из аммонитовых парафинированных патронов диаметром 50 мм и подрывали их без выброса грунта на поверхность.с образованием скважины диаметром 0,3 м. После проветривания стволов скважин 1 уплотненные взрывами стенки скважин 1 полностью защищали стволы от проникновения в них отжатой взрывом влаги. После этого в скважины 1 устанавливались электронагреватели 4, а из бункеров 11 постепенно подавался предварительно высушенный и размельченный местный грунт 12, в стволах 1 создавалась температура около 1200 С и по мере расплава 13 грунта нагреватели 4 извлекались из стволов скважин 1. Для монтажа бункеров 11 и фиксации электронагревателей 4 скважины 1 защищались негерметическими затворами 14. Контроль за радиусом распространения фронта таяния льда осуществляется через открытые шпуры 15, пробуренные установкой УГБодновременно с бурением шпуров 15, отбором проб воды и измерением ее температуры термометрами.После этого испытывали несущую способность термогрунтовых опор пробными статическими нагрузками стандартными способами с использованием установки. Одновременно был укреплен суглинок в опоре известным способом.Результаты приведены в таблице. Таким образом, предлагаемый спо" соб обеспечивает возможность укрепления грунтов в сезонно-мерзлом состоянии с более высокой несущей способностью укрепленного грунта и меньшей стоимостью работ. Формула изобретения Способ термического укрепления грунта, преимущественно в виде опоры, включающий бурение скважины, размещение в ней удлиненного заряда взрывчатого вещества, инициирование взрыва заряда, генерирование в скважине потока тепловой энергии, нагревание грунта с повышением температуры потока в конце процесса и заполнение скважины расплавленным грунтом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения выполнения работ при сезонном замерзании грунта, бурение скважин ведут на глубину сезонного промерзания грунта, размещение в скважине заряда и инициирование его взрыва осуществляют после нагревания грунта, а последнее производят потоком тепловой энергии с температурой 200-300 С до таяния в грунте льда в пределах контура его укрепления, причем радиус контура укрепления определяют из зависимостиради ради де 0 - степень влажности грунта5в природном состоянии; реннои взрыв скважинь Известны способ гаемыи способ оказатели ора 1 Опора 2 Опор Длительность процесса, ч 2 3 ущая способностьры, тс 8 52,4 37,6 0,7 бо расплавление грунта извес производилось в обсадке и диаметром 0,3 м с постеле сжигалось жидкое топливо. П р и е ч а н,и Составитель А. Прямковк Техред Л.Олийнык К ректорА. Ил Слобо дакт аказ 6790/ Тираж 636 ИИПИ Государственного по делам изобретений Москва, Ж, РаушскВ ское предприятие, г.ужгород, ул.Проектная ебестоимость 1 мкрепленного грунтуб оизводственно-полигра КоКоп Подписноемитета СССРоткрытийнаб., д. 4/5 влажности грунтаии в нем льда;кважины, м; м спо со мстальных трубщ их подъемом,