Способ уплотнения земляного полотна

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 9 АЗ 9) (11) 5 Е 21 О 11/О ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕПАТЕНТУ для уплотнения земляного полотна при строительстве дорог, Сущность изобретения: параллельно простиранию земляного полотна на удалении от него 3-5 м бурят скважины, размещают в них виброистачники и возбуждают последовательно упругие колебания попеременно с одной, а затем с другой стороны и вибровоэдействия осуществляют в течение времени, при котором деформации сжатия переходят в деформации растяжения, что соответствует оптимальной проницаемости массива, затем переходят на частоту собственных колебаний земляного полотна и вибровоздействия осуществляют в течение времени, при котором достигают положительного эффекта. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.(56),фатеев Н.Т. и др. Упрочнение высоког 1 ластичных пород камуфлетным взрывом,Сб, Специальные горные работы и гемеханика, Белгород, 1988, с,25 - 28,Авторское свидетельство СССРМ 1587199, кл. Е 21 О 11/00, 1990,.(54) СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ ЗЕМЛЯНОГОПОЛОТНА(а 7) Использование. изобретения: способ относится к дорожному и гидротехническомустроительству и может быть использован кого полотна, где 9 - основание полотна, 10- апуры для нагнетания растворов,Способ осуществляют следующим образом. Изобретение относится к дорожному и гидротехническому строительству и мажет быть использовано для уплотнения земляного полотна при строительстве дорог,в давления гаых в контролполе напряженльном участкелению простирдалении от негоаметром Ф 200размещают вские источникравление воздеправлено нормполотна, тонормально линавстречу другетр скважин 2 2 приведены схемы реализаде 1 - земляное полотно, 2 - размещения виброисточнисточники, 4 - упруго-вязкое ессор высокого давления ЭУ- электронный пульт управлеронизации работы группы ов, 7 - информационно-выомпле кс (И В К), 8 - гидроимнагнетания растворов; на а схема уплотнения земляРУ и Цель изобр емкости и увел способа. На фиг.1 и ции способа, г скважины для кав, 3 - виброи тело, 5 - кампр 5 или ЭУ 7, 6 -ния для синх виброисточник числительный к пульсатор для фиг.2 приведенетения - снижение энергоичение производительности С помощью датчика пород, устанавливаем скважине, определяют главные векторы в лака та. Параллельно направ земляного полотна на у и бурят скважины 2 ди мм и глубиной 2-3 м и невзрывные пневматиче один ряд, причем, нап вия виброисточников на но линии простирания источники ориентируют прастирания полотна и гу, Максимальный диам рных САР ьной (;О ий и О грун" ания р 3-5 -ооо них ,юф и 3 в 1(АР йст- аль 1838619глубины для размещения виброисточников 3 выбирают исходя из оптимальных условий возбуждения сейсмических колебаний на частотах 60-1500 Гц, при которых имеет максимальная закачка упругой энергии в тело земляного полотна и составляющая от 3 до 16 всей энергии запасенной в источнике от компрессора высокого давления - от 60 до 300 атмосфер и более, После размещения виброисточников в скважине 2 их заполняют упруго-вязким телом 4 причем, в качестве материала упруго-вязкого тела используют мокрый грунт, мокрый кварцевый песок и другие минеральные добавки.Расстояние между скважинами 2, где размещают виброисточники 3 составляет 5- 10 м. Время воздействия - время синхронной работы группы виброисточников для приведения локального участка грунта в основании земляного полотна в возбужденное состояние регулируется посредством электронного пульта управления 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 уровня, определяемого уровнем достижения в основании грунта напрякений, равных 0,5 от разрушающих. Колебания вызывают относительную подвижку отдельных структурных элементов земляного полотна, перераспределение поля упругих напряжений и частичнуюдегазацию и фильтрацию в грунтах земляного полотна, Эти явления имеют место как при работе группы источников, так и в случае работы одиночного источника, Перед тем, как записать котлован насыпным грунтом, в основании 9 земляного полотна бурят скважины 10 глубинной по коренных или скальных пород в шахматном порядке с шагом 10-15 м, возбуждают упругие колебания с частотами 60 - 1500 гц и нагнетают в грунт ПАВ, гидроокись натрия или гидроокись натрия с метанолом нагретые до 80 С и вибровоздействия осуществляют в 1 ечение времени при котором деформации сжатия перейдут в деформации растяжения, что соответствует оптимальной проницаемости грунта и нагнетают в грунт скрепляющие растворы с частотой вибровоздействия,равной собственной частоте грунта основания 9 или производят силитикатизацию грунта,Для повышения проницаемости грунта основания 9 возбуждают ультразвуковые колебания 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 разрежения упругой волны образуются гидроразрывы - мельчайшие пузырьки,заполненные паром и газом, и схлопывающиеся в зоне сжатия упругой волны, что5 приводит к резкому повышению проницаемости грунта и снижению его прочности на20 - 40%,Для возбуждения ультразвуковых колебаний в выбранном диапазоне частот бу 10 рят скважины 2 Ф 44-76 мм и глубиной 3-5м, причем скважины на 3/4 их глубины иобъема заполняют редкоземельными веществами, обладающими гигантской магнитострикцией.15 В качестве редкоземельных веществ использованы интерметаллические соединения ВГе 2: - ТмГе 2, ДуГе 2, НеГе 2 и другие. Вкачестве вяжущего использован тонкозернистый цемент в отношении 1,оот общего20 объема редкоземельного вещества, помещенного в скважине. Затем в редкоземельное вещество вставляют электроды, подаютна них возбуждающее напряжение от источника и возбуждают в них электромагнитные25 колебания, причем, до 50 оэтой энергиипереходит в упругие колебания параметрами которых управляют изменяя частоту ивеличину возбуждающего напряжения,В отдельных случаях ультразвуковые ко 30 лебания в выбранном диапазоне частот возбуждают мощным лучом лазера в жидкостискважины 2, причем при этом более 60%энергии луча лазера переходит в упругиеколебания в выбранном диапазоне частот,35 причем, параметрами упругих колебанийуправляют изменяя частоту и интенсивность луча лазера. Параметры вибровоздействия задают для всех источниководинаковыми, а именно; частоту, длитель 40 ность и интенсивность поддерживают одинаковыми при неизменных контактныхусловиях, Во время приведения земляногополотна в возбужденное состояние осуществляют контроль за его напряженно-де 45 формированным состоянием во время ипосле вибровоздействия, Измеряют напряженно-деформированное состояние и придостижении напряжений в грунтах равных0,5 от разрушающих начинают нагнетать в50 них либо разупрочняющие растворы либоскрепляющих растворы в процессе вибровоздействия в зависимости от поставленной цели,Таким образом, земляное полотно обра 55 батывается всеми видами сжимающих ирастягивающих нагрузок, что способствуетувеличению проницаемости грунтов, фильтрации в них растворов,дегазации грунтов иуплотнения их наряду со снижением энергоемкости процесса и увеличения его произ 1838619Водительности по сравнению с классическими, традиционными способами уплотнения Земляного полотна.Во время вибровоздействия осуществляют регистрацию импульсов давления в Грунте, определяют спектры колебаний с помощью Фурье устройств, связанных сИВК 7 и управляют формой возбуждающих импульсов давления на земляное полотно сопоставлением их с эталонными спектрами полученными в лабораторных условиях.Воздействие осуществляют в течение времени, определяемого достижениемголожительного эффекта - уплотнения земельного полотна, По истечении необходиМого времени источники выключают и Перемещают на новое место - следующийучасток полотна. который следует уплотнить.Сущность способа состоит в том, что г 1 од воздействием мощных вибрационныхнагрузок на пути распространения упругих 101520 волн возникают волны сжатия и растяжения, действующие на флюиды - жидкости и газовоздушные включения, содержащиеся 25 в,порах и трещинах полотна, как тектонический насос вследствие флюиды перемещактся - мигрируют во много раз быстрее, чем в,отсутствие упругой волны, что в свою очередь сопровождается, измерением поля уп ргих напряжений на пути мигрирующих флюидов, легацией локального участка и кавитирующими процессами, значительно повшающими проницаемость грунта и снижающими его прочность на 20 - 40, 35Преимущества способа состоят в том, что размещение виброисточников способствует; приведения локального участка полотна в возбужденное состояние в выбранном диапазоне частот и закачка в него 40 упругой энергии в режиме накопления при неизменных контактных условиях; перераспределению поля упругих напряжений и уплОтнению грунта; снижению энергоемкости и увеличению производительности способа, 45Использование заявляемого способа пОзволит значительно снизить его энергоемкость и увеличить производительность по сравнению с известными классическими сПособами уплотнения. 50Формула изобретения1. Способ уплотнения земляного полотна, включающий определение векторов главных напряжений в массиве, бурение скважин на расстоянии 3-5 длин волн ос нсвной частоты, излучаемой в массив, установку в них невзрывных пневматических источников колебаний, которые расположены параллельно направлению главного напряжения, нагнетание в скважины. упруговязкого материала, синхронизацию работы источника и возбуждение в массиве колебания, увеличение их амплитуды до величины, при которой напряжения в массиве достигают половины от разрушающих, поддержание амплитуды на этом уровне, бурение шпуров и нагнетание в них скрепляющего раствора, определение частот собственных колебаний массива и поэтапное возбуждение в нем колебаний вначале в диапазоне частот 60 - 1500 Гц, а затем на частоте, равной частоте собственных колебаний массива, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что. с целью снижения энергоемкости и увеличения и роизводител ь ности, скважины бурят параллельно простиранию земляного полотна на удалении от него 3 - 5 м, возбуждение упругих колебаний последовательно производят попеременной с одной, а затем - с другой стороны, при этом вибровоздействия осуществляют в течение времени, йри котором деформации сжатия перейдут в деформации растяжения, затем переходят на частоту собственных колебаний земляного полотна.2.Способ поп 1,отл ича ющийся тем, что нагнетательные скважины бурят глубиной до коренных или скальных пород с шагом 10 - 15 ми производят засыпку основания земляного полотна грунтом, а затем осуществляют закрепление грунтов основания путем силитиказации или нагнетания в шпуры скрепляющих растворов с частотой, равной частоте собственных колебаний раствора, при этом вибровоздействие осуществляют с частотой колебаний, равной частоте колебаний нагнетания,3, Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что вибровоздействия производят в течение времени, при котором прочность нагнетаемых растворов шпуры не достигнет половины величины их проектной прочности.4. Способ по и 1, отл и ч а ю щ и й с я тем, что для повышения проницаемости грунта основания земляного полотна перед нагнетанием скрепляющих растворов нагнетают в них гидроокись натрия или гидро- окись натрия с метанолом, нагретые до 80 С.5. Способ по п 1, отл и ч а ю щ и й с я тем, что скважины для виброисточников бурят параллельно простиранию земляного полотна на удаление от него 1 - 2 м и возбуждают в земляном полотне колебания с частотой 1-10 кГц, инициируют кавитирующие процессы в грунтах и определяют энергию кавитирующего пузырька, возникающего в зоне разрежения упругой волны из выраже- ния1838619 Е- жр,вз 4 В яс преспвранняМ 7 М иг.1 УР где Ро - геостатическое давление, кг/см;2,Й - размер кавитирующего пузырька, мм.6. Способ поп,1, отл ич а ющийся тем, что нагнетательные скважины заполняют редкоземельными веществами с добавкой 10 вяжущего, вставляют в него электроды и подают на них возбуждающее напряжение, причем для управления параметрами упругих волн изменяют частоту и величину возбуждающего напряжения. 7. Способ по п.1,отл ича ю щийсятем, что скважины заполняют водой, воздействуют на воду в скважине мощным лучом лазера и возбуждают упругие 5 колебания в массиве в выбранном диапазоне частот, причем параметрами упругих волн управляют изменяя частоту и интенсивность луча лазера.8, Способпо п 1,отличающийся 10 тем, что регистрируют импульсы давленияупругих волн, определяют их спектры и управляют формой возбуждающих волн давления в выбранном диапазоне частот.