Способ изготовления буронабивной сваи

(51)5 Е 02 О 5/46 Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯИлиК ПАТЕНТУ О О О Г)(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ(57) Сущность изобретения: в способе изготовления буронабивной сваи в окружающеммассиве грунта возбуждают колебания в диапазоне от 60 до 1500 Гц в совокупности снагнетанием разупрочняющих растворов,причем вибровоэдействия осуществляютпоэтапно: вначале в диапазоне 60-1500 Гцдля приведения локального участка массивав возбужденное состояние, затем переходят Изобретение относится к строительству и может быть использовано для изготовления буронабивных свай с использованием упругого миграционного геоэффекта и эффекта кавитации в грунтах и породах при возбуждении в них упругих волн при высоких РТ-параметрах в выбранном диапазонечастот.Известен способ изготовления буронабивных свай, включающее трубопровод с наконечником и перфорированной частью и размещенный в последней излучатель колебаний, причем, оно снабжено гидротурбиной, смонтированной в трубопроводе над его перфорированной частью, а излучатель колебаний выполнен в виде размещенного в скважине дебалансного вибратора с хво, Ю 2 и 2000388 С на частоту, равную частоте собственных колебаний массива, и нагнетают в него разупрочняющие растворы и вибровоздействие производят в течение времени, при котором прочность грунта на разрыв снизится на 30 - 60 ф, по сравнению с первоначальной и затем вибровоздействия прекращают и нагнетают в массив через трубу твердеющий материал в совокупности с вибровоздействиями, частоту которых согласуют с частотой нагнетания твердеющего материала. причем вибровоздействия осуществляют в течение времени, при котором прочность твердеющего материала в массиве достигнет величины 0,5 от проектной или нормативной, 5 з.п. ф-лы, 1 ил. стовиком. который при помощи эластичной муфты соединен с валом гидротурбины, причем, возбуждают колебания и нагнетают скрепляющие растворы в грунт (авт. св. СССР М 687177, кл. Е 02 О 3/12, 1976),Известный способ трудоемок, нетехнологичен, не позволяет осуществлять возбуждение колебаний в выбранном диапазоне частот для приведения локального участка грунта в возбужденное состояние и работы излучателя в резонансном режиме для эффективного нагнетания скрепляющих растворов в грунт вокруг скважины.Известен также способ изготовления буронабивных свай, включающий размещенную в скважине перфорированную трубу, отверстия которой перекрытыэластичными манжетами. и окружающийперфорированную трубу массив из закрепленного грунта, причем перфорированнаятруба снабжена цилиндрической оболочкой, установленной с зазором вокруг еенижнего конца, причем зазор между верхним торцом цилиндрической оболочки иперфорированной трубой герметично закрыт, а нижние манжеты перфорированнойтрубы размещены внутри цилиндрическойоболочки (авт. св. СССР, М 806813, Е 02 О5/46, 1979),Известный способ трудоемок, нетехнологичен, не позволяет управлять состоянием и свойствами грунта вокруг скважины ине использует для повышения эффективно. сти процесса и снижения его энергоемкостиупругий миграционный геоэффект и эффекты кавитации,Цель изобретения - расширение области применения способа за счет возможности получения эффекта как разупрочнения,так и эффекта упрочнения и снижения энергоемкости.Поставленная цель достигается тем, чтосогласно способу возбуждают в грунтовоммассиве колебания в диапазоне от 60 до1500 Гц в совокупности с нагнетанием раз. упрочняющих растворов, причем, вибровоздействия осуществляют поэтапно:вначале в диапазоне 60-1500 Гц дляприведения локального участка массива ввозбужденное состояние;затем переходят на частоту равную частоте собственных колебаний массива и нагнетают в него разупрочняющие растворы ивибровоздействия производят в течениевремени при котором прочность грунта наразрыв снизится на 30-60 фпо сравнениюс первоначальной;и затем вибровоздействия прекращаюти нагнетают в массив через перфорированную трубу скрепляющий раствор в совокупности с вибровоздействиями, частотукоторых согласуют с частотой нагнетанияраствора в скважину и вибровоздействияосуществляют в течение времени, при котором прочность раствора в массиве достигнет величины 0,5 от проектной илинормативной прочности.Обсадную трубу армируют с внешнейстороны слоем редкоземельного вещества,вставляют в него электроды, подают на неговозбуждающее напряжение и возбуждают вокружающем скважину грунте упругие колебания. частоту которых изменяют изменением частоты и величины возбуждающегонапряжения.Скрепляющий раствор нагнетают в массив под давлением равным или больше величины разрушающих напряжений на разрыв грунта. Разупрочняющие растворы нагнетают в грунт при температуре 80 С и выше,Для повышения гидро- и аэродинамических свойств грунтового массива возбуждают в нем колебания и инициируюткавитирующие процессы на пути распространения упругой волны, причем энергию ка 10 витирующего пузырька, возникающего взоне разрежения и схлопывающегося в зонесжатия упругой волны, определяют из выражения: Е = л Рой4/3, где Ро - давление вз,порах и трещинах грунта в отсутствие упру 15 гой волны, кг/см; В - размер кавитирующе 2,го пузырька, мм,Для повышения эффективности разупрочнения за счет повышения вероятностиинициации кавитирующих процессов на пу 20 ти распространения упругой волны добавляют в технологический раствор до 1 ф твердых включений с размерами 0,01 - 0,03мм служащих зародышами кавитации.По истечении срока службы сваи возбуждают упругие колебания в совокупностис нагнетанием в грунт вокруг сваи разупрочняющие растворов и вибровоздействия осуществляют в течение времени при которомпрочность грунта вокруг сваи снизится на30 20-40 , после чего переходят на частоту,колебаний равную частоте собственных колебаний сваи и вынимают ее из грунта,Осуществляют контроль за состояниемсваи до, во время и после ее изготовления35 геомеханическими и геофизическими методами исследований.На чертеже приведена схема реализации способа: где 1 - грунтовой массив, 2 -скважина. 3 - обсадная труба, 4 - слой ре 40 дкоземельного вещества нанесенного натрубу 5, источник возбуждающего напряжения, 6 - блок согласования, 7 - микропроцессор, 8 - гидроимпульсатор длянагнетания растворов, 9 - электроды.45 Способ осуществляют следующим образом: в грунтовом массиве 1 бурят скважину2 в месте размещения сваи, армируют ееобсадной трубой 3 с перфорацией, На об садную трубу наносят слой редкоземельно 50 го вещества 4 с внешней стороны, подводятк нему электроды 9, подают через них возбуждающее напряжение от источника питания 5 и возбуждают в массиве 1 упругиеколебания, параметрами которых управля 55 ют изменяя частоту и величину возбуждающего напряжения с использованием блокасогласования 6 и микропроцессора 7, в который заложена программа работы источника колебаний, 2000388510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Вибровоздействия на грунт вокругскважины осуществляют в несколько этапов; вначале возбуждают колебания в диапазоне 60 - 1500 Гц в совокупности с нагнетанием разупрочняющих растворов - ПАВ, гидро- окиси натрия или гидроокиси натрия с метанолом для приведения локального участка грунта в колебательное состояние и повышения проницаемости грунта. Затем переходят на частоту собственных колебаний массива и вибровоздействия производят в течение времени, при котором прочность грунта на разрыв снизится на 30-60 по сравнению с первоначальной, и затем переходят на частоту вибровоэдействия, равную частоте нагнетания скрепляющего раствора в скважину и вибровоздействия осуществляют в течение времени при котором прочность нагнетаемого раствора в грунте вокруг скважины достигнет величины 0,5 от проектной или нормативной.Для прочных и малопористых грунтов нагнетают перед изготовлением буронабивной сваи в массив разупрочняющие растворы, нагретые до 80 С возбуждают в массиве мощные ультразвуковые колебания в диапазоне 1-10 кГц и инициируют на пути распространения упругой волны кавитирующие взрывы в зоне разрежения упругой волны, лричем, в зоне разрежения образуются гидроразрывы - мельчайшие пузырьки, заполненные паром и газом и схлопывающиеся в зоне сжатия упругой волны.Для повышения вероятности возникновения кавитирующих взрывов на пути распространения упругой волны в нагретые растворы добавляют 1 твердых включений с размерами 0,01 - 0,03 мм, служащих инициаторами кавитации, Кавитирующие процессы повышают проницаемость грунта за счет того, что мощные потоки флюидов, возникающие в зоне кавитации, разрушают перегородки между порами и трещинами грунта и увеличивают гидро- и аэродинамические связи массива и снижают прочность грунта на разрыв на 20-60, что в свою очередь способствует более полному заполнению пор и трещин при нагнетании в массив скрепляющих растворов и увеличивают несущую способность сваи,Для диагностики состояния сваи до, во время и после ее изготовления периодические возбуждают упругие колебания в диапазоне 60-1500 Гц, регистрируют колебания, определяют скорости и затухание упругих волн и их спектры и по ним судят о состоянии и свойствах сваи и окружающего грунта и осуществляют контроль за состоянием сваи геофизическими или геомеханическими методами исследований,например с использованием тензодатчиков наклеенных на тело сваи.По истечении необходимого срока службы сваи вновь с помощью редкоземельного вещества, нанесенного на внешнюю поверхность обсадной трубы при изготовлении сваи, возбуждают упругие колебания и нагнетают в грунт вокруг сваи разупрочняющие растворы и вибровоздействия осуществляют в течение времени, при котором прочность грунта снизится на 20-40, после чего переходят на частоту колебаний, равную частоте собственных сваи.Таким образом, при изготовлении сваи грунт вокруг нее подвергается широкому спектру сжимающих и растягивающих нагрузок на частотах 60 - 10000 Гц, вследствие чего достигается управление состоянием и свойствами грунта при нагнетании в грунт скрепляющего раствора и его проникновения в грунт на значительном удалении от ствола скважины от 1,0 до 5,0 м и более (в зависимости от времени вибровоздействия). что позволяет повысить производительность способа и снизить его энергоемкость,Сущность способа состоит в том, что под воздействием возможных вибрационных нагрузок в массиве возникают волны сжатия и растяжения, способствующие миграции флюидов-жидкостей и газов, содержащихся в порах и трещинах грунта на несколько порядков быстрее, чем в отсутст-. вие упругой волны. Миграция флюидов на пути распространения упругой волны сопровождается изменением порового давления. и как правило, изменением прочностных свойств грунта, окружающего эти поры и трещины, т.е. на пути распространения упругой волны имеют место перераспределение поля упругих напряжений, частичная дегаэация локального участка грунта, подвергаемого вибрациям и кавитирующие процессы, имеющие место в грунте при определенных начальных и граничных условиях.Преимущества способа состоят в том, что возбуждение колебаний по предлагаемому способу позволяет осуществить; свести поле напряжений в массиве к равномерному и управлять состоянием и свойствами грунта в процессе изготовления сваи; возбуждать в массиве упругие колебания в выбранном диапазоне частот и закачать в массив упругую энергию в режиме накопления при неизменных контактных условиях: повысить проницаемость грунта иувеличить его гидро- и аэродинамическиесвязи; повысить эффективность способа за счет снижения энергоемкости и увеличениянесущей способности сваи за счет упрочнения грунта вокруг ствола скважины на удалении до 5,0 м; осуществлять диагностику сваи и массива: увеличить безвременный срок службы сваи.Использование заявляемого изобретения позволит значительно снизить энергоемкость и увеличить производительность способа за счет использования упругого миграционного геоэффекта и эффекта кавитации по сравнению с имеющимися традиционными способами изготовления свай.Формула изобретения 1, Способ изготовления буронабивной сваи, включающий размещение в скважине трубы с отверстием в стенках, перекрытыми эластичными манжетами, и наружной цилиндрической. оболочкой, установленной с герметично перекрытым сверху зазором вокруг нижнего конца трубы и расположением нижней манжеты трубы внутри цилиндрической оболочки, и последующую подачу твердеющего материала через полость трубы в окружающий массив грунта, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью расширения области применения способа за счет возможности получения эффекта как разупрочнения, так и эффекта упрочнения и снижения энергоемкости, возбуждают в окружающем массиве грунта колебания в диапазоне 60-1500 Гц в совокупности с нагнетанием разупрочняющих растворов, причем вибродействия осуществляют поэтапно: вначале в диапазоне 60-1500 Гц для приведения локального участка массива в , возбужденное состояние, затем переходят на частоту, равную частоте собственных колебаний массива, и нагнетают в него разупрочняющие растворы и вибродействие производят в течение времени, при котором прочность грунта на разрыв снизится на 30- 60 ф 6 по сравнению с йервоначальной, и затем вибродействия прекращают и нагнетают в массив через трубу твердеющий материал в совокупности с вибровоздействиями, частоту которых согласуют сЕ = л Рой х 4/3,6, Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что осуществляют контроль эа состоянием сваи во время ее изготовления геомеханическими и геофизическими методами исследований. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 частотой нагнетания твердеющего материала, причем вибровоздействия осуществляют в течение времени, при котором прочность твердеющего материала в массиве достигнет величины 0,5 от проектной или нормативной,2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что при нагнетании твердеющего материала в нижнюю часть скважины добавляют редкоземельное вещество, обладающее повышенной магнитострикцией, вставляют в него электроды и подключают их к источнику возбуждающего импульсного напряжения и возбуждают в окружающем массиве грунта упругие колебания, частоту которых изменяют посредством изменения частоты и величины возбуждающего напряжения.3. Способ по п.1, о т л и ч а ю щи й с я тем, что твердеющий материал нагнетают в массив грунта под давлением, равным или превышающим величину разрушающих напряжений на разрыв грунта,4. Способ по п.1.,;от л и ч а ю щ и й с я тем, что раэупрочняющие растворы нагнетают в грунт при температуре, не превышающей 80 С,5. Способ по п.1,отл ичающийся тем, что колебания в массиве грунта возбуждают с созданием кавитирующего пузырька, возникающего в зоне разрежения и схлопывающегося в зоне сжатия упругой волны, энергию Е которой определяют зависимостью: где Ро - давление в порах и трещинах грунтав отсутствие волны, кг/см;В - размер кавитирующего пузырька, мм.2000388 Составитель А, БакулинТехред М.Моргентал Корректор О. Густи Редактор Заказ 3068 Тираж Подписное НПО ". Поиск" Роспатента113035, Москва. Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101