Способ уплотнения массива просадочного грунта

СОЮЗ СОВЕТСКИХсоцидлистичкских д170 О 1 3 А 1 1)5 Е 02 и 3/10 ГОСУДАРСТВЕН Н ОЕ ПАТЕ НТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ осится к строительк уплотнению просаА ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Запорожское отделение Науцно-исследовательского института строительных конструкций Госстроя СССР (72) И. В.Степура,. А. В. Павлов, В,С.Бокарев, А,С.Трегуб, С.И,Стецура, А,М.Папаникола и А.С.Иокарев (56) 1. Авторское свидетельство СССР Г 1392201, кл. Е 02 Р 3/10, 1986,2, Рекоменрации по уплотнению просарочных грунтов большой мощности гидровзрывным методом. М.: Стройиздат, 198 ч, с, 18-20.(5 Й) СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ МАССИВА ПРОСАРОЧНОГО ГРУНТА(57) Использование: уплотнение просадоцных грунтов осадкой под собственИзобретение отнству, в частностидоцных грунтов.Известен способ уплотнения проса- дочных грунтов (см. "Рекомендации по уплотнению просадочных грунтов большой мощности гидровзрывным методом" М. Стройиздат, 19%, стр. 3-12, рис.2,6) (1 путем устройства котлована, бурения дренажных и взрывных скважин, при этом дренажные скважины заполняют дренажным материалом, кото рый в процессе замацивания скважин дренирует воду и обеспечивает устойчивость стенок скважин, т.е. предохраняет их от оплывания, а во взрыв. ные скважины устанавливают трубы для ным весом путем замацивания и сейсмицеского возрействия, Сущность изобретения: осуществляется образованиекотлована, бурение дренажно-взрывныхскважин с закреплением их стенок, замачивание грунта, размещение в скважинах зарядов взрывчатого вещества иосуществление взрыва зарядов с осадкой грунта под собственным весом.Стенки скважин закрепляются путем ихобжига при температуре 00-1000 С ввиде кольцевого слоя на глубину, равную 2/3 просадоцной толщи. Толщинчкольцевого слоя определяют из зависимости 1 = Р. г/(К - Р), где г -радиус скважины, Рс, - давление водонасыщенного грунта на уровне днаскважины, К - процность обожженногогрунта на сжатие. 3 ил,транспортирования взрывчатого вещества (ВВ) на требуемую глубину, затемэамацивают просадоцную толщу черезкотлован и дренажные скважины, либотолько через дренажные скважины, пос"ле водонасыщения грунтов просадочнойтолщи церез транспортные трубы вовзрывные скважины транспортируют заряд ВВ и взрывают его, при этомструктурные связи водонасыщенногогрунта разрушаются и происходит интенсивное уплотнение грунта. Недостатки данного способа: боль шой объем буровых работ, поскольку необходимо бурить как дренажные, та и взрывные скважины, большие расходдренажного материала и транспортновзрывнцх труб.На сокращение буровых работ направлен известный способ (см. там же11, стр, 12-22, рис. 2,6, 7, 8, 9);с применением дренажно-взрывных скважин, т,е. когда дренажные и взрывныескважины совмещают, все остальные,технологические операции способа остаются такими же, как и в способе. приразделенных дренажных и взрцвнцхскважинах. Совмещенные дренажновзрывные скважины состоят из взрывной камеры для размещения заряда ВВ, 1 в;транспортной трубц и прослойки дренирующего материала между стенкойскважинц, вэрцвной каиерой и транспортной трубой, .при .этом транспортнце.транспортнцх трубах и езрцвнцх камерах, кроме того, практика внедрениягидровзрывного иетода показала, чтоиспольэовать транспортные трубы дляповторного применения не представляется возможным, поскольку при вэрцве щзаряда ВВ, расположенного в контейнере, повреждается и транспортнаятруба, в результате чего ее или невозможно извлечь из-эа значительного.трения в уплотненном грунте и образования "якоря" в иесте разрыва трубы, или она существенно деФормированавследствие динамического воздействияпри взрыве и извлечении,1На снижение расхода труб направлен известнцй способ уплотнения массива просадочного грунта по а.с.Р 1392201 2, заключающийся в том,что бурят дренажные скважины до верха эоны просадки от собственного веса и заполняют их дренажным материалом, а также бурят взрывные скважинына глубину. 0,9-1,0 глубины залеганияпросадочной толщи, защиту взрывныхскважин от оплывания производят заполнением суспензией.Недостатки данного способа заключаются в большом объеме буровых работ, т.к. требуется бурение как дренажных, так и взрывных скважин, взначительном расходе дренажного материала, кроме того, взвешенные час., тицы суспензии, которыми заполняютвзрывные скважины, выпадают в осадок во время замачивания просадочной толщи, которое может длиться 1-1,5 месяца; что приводит к осложнению свобод-.ного опускания контейнеров со взрывчатым веществом и тогда требуется дополнительные мерц по погружению кон тейнеров, что осложняет технику безопасности,Известен также способ уплотнениягрунтов, техническое решение которогонаиболее близкое к предлагаемому ипринято авторами за прототип, заключающийся в том, что бурят дренажныеи взрывные скважины, Дренажные скважины заполняют дренажным материалом,а защиту взрывных скважин от оплыва"ния во время замачивания осуществляют путем закрепления стенок скважинхимическими методами, например, силикатиэацией, при этом закрепление стенок скважины химическими методами выполняют перед замачиванием на глубину Ь в "- (см. стр, 1820 Я ),г1где .Рк - начальное давление просадоч-.ностиг " объемная масса замочениогогрунта, т,е. закреплениегрунта в стенках скважиныосуществляют до глубины начального просадочного давления.После этого приступают к замачиванию просадочной толщи и после ее водонасыщения во взрывные скважины опускают в контейнерах взрывчатое вещество и взрцвают его. В результате замачивания и динамического воздействия происходит интенсивное уплотне- ние грунтов просадочной толщи.Недостатки данного метода заключаются в следующем. ДЛя закрепления грунтов в стенках взрывных скважин требуются химические реагенты, например, силикат натрия (жидкое стекло) в больших количествах, которые являются деФицитом, из-за чего в практике данный способ не применяется. Кроме того, закрепленные грунты химическими методами становятся водонелроницаемыми (химическое закрепление грунтов используют в практике для устройства водозащитных экранов), что не дает возможности использовать скважины с закрепленными стенками химичес" кими методами в качестве фильтрацион60013 б101520 5 17 ных, что требует большого объема буровых работ, т.к. возникает необходимость в бурении как дренажных, так и взрывных скважин, а также большого 1количества дренажных материалов, кроме того, глубина закрепления стенок взрывных скважин силикатизацией, а, следовательно, глубина заложения зарядов на величину, соответствующую глубине начального просадочного давления, которая для лессовидных проса" дочных. суглинков не превышает 67 м, недостаточная для обеспечения качественного уплотнения просадочных грунтов большой мощности, которая, например, в Среднем Приднепровье дос.- ,тигает 3040 метров,Целью изобретения является повышение эффективности уплотнения массива просадочного грунта за счет. снижения объема бурения, повышения фильтрующей способности стенок скважин и исключения применения дренажного материала.Указанная цель достигается тем, что закрепление стенок скважин осуществляют путем их обжига при темпе" ратуре 4001000 С, в виде кольцевого слоя на глубину, равную 2/3 просадочной толщи массива, причем толщину кольцевого слоя принимают равной величине, определяемой из зависимос- ти 1где г - радиус скважины;Рд - давление водонасыщенногогрунта на уровне дна скважины;Р " прочность обожженного грунтана сжатие.При включении в просадочную тол"щу одного или нескольких прослоевгрунта с низкой фильтрационной способностью, залегающих ниже глубины2/3 просадочной толци, обжиг грунтав стенках скважины осуществляют доглубины залегания подошвы нижнегослоя с низкой фильтрующей способнос-.тью,На фиг, 1 показан процесс укрепления стенок скважин; на фиг, 2 процесс замачивания просадочной толщи грунтов; на Фиг, 3 - погружениеконтейнеров в скважину со взрывчатымвеществом и их взрывание,Способ осуществляют следующим образом,. 6Бурят совмещенные скважины, т,е.скважины, которые будут выполнять одновременно функции дренажных и взрывных. Затем скважины оборудуют известной технологической оснасткой для обжига грунтов и в них сжигают топливоизвестным способом, заходками в направлении снизу вверх, начиная от днаскважины, в результате чего грунт вокруг скважин подвергается обжигу повсей глубине, Топливо сжигают в скважине до тех пор, пока ширина обожженного кольца не достигнет размера,.Раравного й = ----- . Для контроля на-р,расстоянии г + й от оси скважины, гдег - радиус скважины, е - ширина обожного кольца грунта, бурят контрольныйшпур, в который устанавливают передвижную термопару и по достижениитемпературы 400 С на стенке шпура,сжигание топлива прекращают,В результате сжигания топлива вокруг скважины образуется полый цилиндр из обожженного грунта с толщиной стенки, .равной величине г с температурой обжига до 1000 С.на внутЗ 0 ренней поверхности скважины и 400 Сна периферии обожженного цилиндра.Как известно, грунт при температУреонагрева в пределах 400-900 С достигает прочности на сжатие К соответственно 10-40 и более кг/см 2 (см.Подъяконов В.С. Термическое упрочнение грунтов в основаниях зданий исооружений. Н,: Стройиздат, 1968,с. 2122 131), что обеспечиваетщ устойчивость стенок скважин при за- мачивании и предохраняет их от оплы. вания,Известно также, что фильтрационная способность обожженного грунта45 увеличивается в 35-45 раз за счет выгорания органических включений и увеличения пористости обожженного грунта (см. 13 стр. 21, а также Иатошин В,И. Исследование влияния газо 50 проницаемости лессовых грунтов на эффективность их термообработки, К.,1974, стр. 10 4, Литвинов И,М, "Укрепление и уплотнение просадочныхгрунтов в жилищном и прои. строитель% стве", К., "Будвельник", 1977,стр, 127 Я), что резко повышает эффективность замачивания просадочной,толщи грунта, и, следовательно, эффективность его уплотнения,. Таким образом сформированный полый цилиндр вокруг скважины из обож" женного грунта обеспечивает устойчивость стенок и эффективную фильтра- . цию воды из скважины в просадочную толщу, что исключает необходимость в дренажном материале.После обжига грунта в стенках скважины оснастку для сжигания топлива демонтируют и приступают к замачиванию просадочной толщи через котлован и обожженные скважины; Поскольку стенки скважины с обожженным вокруг грунтом не оплывают и обеспечивают высокую степень фильтрации воды в окружающий грунт, замачивание просадочной толщи осуществляют без заполнения скважин дренажным материалом, Замачивание продолжают дополного водонасыщения просадочной толщи, При этом для повышения эффективности замачивания необходимо прорезать скважинами все слои слабопрони-. цаемых грунтов и обжиг стенок скважин осуществлять до подошвы водоупо" ра, ниже которого залегают просадочные слои, Затем контейнеры со взрывчатым веществом свободно опускают в скважины. Погружение контейнеров в скважины после замачивания возможно без применения транспортно-взрывных труб; поскольку обожженный грунт обеспечивает устойчивость стенок.в течение всего времени замачивания,0013 значительных количествах, то техническое решение по прототипу.- защитастенок скважин ст оплывания при замачивании путем укрепления грунта встенках скважины силикатизацией .неприменяется,Уплотнение просадочных грунтовосуществлялось до сих пор с применением совмещенных дренажно-взрывныхскважин. При этом расход материаловна одну блок-секцию составляет: труб 1200 м.п., щебенки для устройствадренажа - 170 мз,. В связи с большимрасходом материалов разового использования и значительной их стоимостьюпредлагается новый способ уплотнения20 просадочной толщи без применения этихматериалов, который осуществляют следующим образом,После чего осуществляют взрывызарядов в результате которых замоченная просадочная толща подвергает-.ся динамическому воздействию, приэтом происходит разрушение природныхсвязей между частицами грунта и ихагрегатами и уплотнение просадочнойтолщи грунта, при этом обожженныйгрунт вокруг скважины разрушается поддействием взрывной волны и, перемешиваясь с уплотняющимся водонасыщеннымгрунтом не препятствует его уплотнению,П р и м е р. При застройке микрорайонов ГР 15, 16, 17 в г; Запорожьешироко применяется метод уплотненияпросадочных грунтов предварительнымзамачиванием с использованием энергии взрывов Для устройства основания 9-этажного крупнопанельного жилого дома спаренной блок-секции серии96 с размерами в плане 12 х 50 м необходимо уплотнить просадочные грунты,залегающие на глубину 30 м; 8 Поскольку. жидкое стекло является большим дефицитом, а требуется оно вПод всем пятном здания с выходом за его пределы на 5 м в каждую сторо-. ну по контуру бурят скважины в продольном и поперечном направлениях с шагом 5-6 м диаметром 250300 мм на глубину 2/3 глубины просадочной толци. В данном примере глубина сква" ЗО жины составляет 20 м Устье скважингерметизируют затвором 1 и на его базе монтируют трубу - удлинитель 2 форсунки 3. На расстоянии 2 В от оси контрольных скважин (2-3 штуки от 35 всего объема скважин) бурят шпуры 4диаметром 5070 мм и в них устанавливают многослойные или передвижные термопары 5. Затем через форсунку 3 подают топливо и воздух, которые, пе ремешиваясь, образуют горючую смесь,воспламеняющуюся на выходе из трубыудлинителя форсунки от электрозапальника 6, Температуру горения в скважине поддерживают в пределах 800д 5 1000 С. Обжиг грунта осуществляют заходками 7 в направлении снизу вверх, начиная от дна скважины. В результате температурного воздействия на грунт 8 вокруг стенок скважин кон О вективной, радиационной и теплопроводной теплопередачей происходит интенсивный обжиг грунта. Сжигание топлива ведут до достижения на стенке шпура 4 температуры 400 С, которая 55 контролируется термопарой 5. Это означает, что грунт на расстоянии й подвергнулся обжигу в пределах температур 4001000 С. При этом прочность грунта на сжатие повысилась от9 17600 11,5 до 1010 кг/см, что обеспечивает устойчивость стенок скважин при последующем замачивании. В процессе обжига в грунте происходит выгорание органических примесей, появляютсл микротрещины в результате усушки грунта, вследствие чего фильтрационные свойства повышаются в 35 ч 5 раэ, что обеспечивает значи О тельное увеличение водопроницаемости стенок скважины.Обжиг грунта в стенках скважин осуществляют захватами по 2530 скважин одновременно в каждой. Обжиг 15 грунта одной захватки длится 23 суток, затем технологическую оснастку перемонтируют на следующую захватку. По окончании обжига грунта в стенках скважин на всей площадке 20 приступают к замачиванию просадочной толщи через скважины 9 и котлован 10, объединяющий все скважины. Замачивание просадочной толщи через обожженные скважины происходит . эна чительно интенсивнее по сравнению с замачиванием по прототипу, поскольку дренажный материал, заполняющий скважины, оказывает. сопротивление потоку воды, кроме того, поры грунта в не3 О обожженных стенках скважин кольмати.руются, что снижает в значительной степени фильтрацию воды.Замачивание продолжают до полного водонасыцения грунтов просадочной толщи, при этом контроль осуществля ют через наблюдательные скважины.По окончании замачивания в каждую скважину опускают контейнеры с зарядами взрывчатого вещества и взрывают. 4 О В результате замачивания и динамического воздействия происходит интенсивное уплотнение грунтов по всей глубине просадочной толщи под пятном будущего здания. В процессе взрывов 4 обожженные стенки скважин разрушают- /, ся, т.к, давление от взрывной волны превышает на 4 порядка прочность обожженного грунта. В результате уплотнения грунтов просадочной толщи 5 О дневная ее поверхность оседает до 1- 2 м и полностью устраняется просадочность. При этом хотя грунт и уплотнился, он обладает низким модулем де" формации, т.к. находится в состоянии у. текучей консистенции. Поэтому возникает необходимость устраивать грунтовую подушку, уплотнение которой .осуществляют укаткой или трамбовани 13 1 Оем, Затем приступают к монтажу фундаментов.В предлагаемом способе уплотнения грунтов применяется известный технологический прием - обжиг грунтов (см. "Иетодические рекомендации по технологии термического закрепления проса- дочных грунтов на глубину до 25 м". К., НИИСК, 1982) 6, а также Л.В,Гончарова "Основы искусственного улучшения грунтов, М ИГУ, стр, 124 7, однако цель и конечный результат при этом совершенно иные,Во-первых, в предлагаемом способе уплотнения грунтов известный технологический прием используют для обжига грунта лищь в стенках скважины толщиной слоя 1015 см вокруг нее для получения "цилиндра" иэ обожженного грунта, заменяющего функции трубы, с целью защиты стенок скважины от оплывания и сохранения ее устойчивости с тем, цтобы после замачивания была бы обеспечена возможность погружения в ее полость зарядов взрывчатого вещества на требуемую глубину просадочной толщи и тем самым исключения из технологии уплотнения дефицитных труб. Во-вторых, обжиг грунта в стенках скважин используется с целью повышения фильтрационной способности скважин, т.е. ее дебита с тем, чтобы ускорить процесс замачивания грунтов просадочной толщи, исключив при этом из технологии уплотнения дренажный материал (щебень или песок). При этом обжиг грунта в стенках скважин осуществляют лишь на 2/3 глубины просадочной толщи. Конечный результат применения обжига грунтов в предлагаемом способеповыщение эффективности уплотнения просадочных грунтов за счет уменьшения объема буровых работ, ускорения процесса замачивания просадочной толщи, экономии труб и дренажного мате" риала, тогда как конечный результат обжига грунтов в известном способе б- устранение просадочности грунтов за счет их термического укрепления в просадочной толще. При этом целью обжига грунтов является получение закрепленных массивов (грунтостолбов) диаметром по 23 м каждый. Причем обжиг грунтов становится эффективным только при условии его осуществления на полную глубину просадочной толщи.11176Если в предлагаемом способе в конечном итоге устранение просадоцности происходит за счет разрушения природных связей .между цастицами грунтаи, следовательно, структуры грунтаи его уплотнения, то в известном способе 61 устранение просадоцностипроисходит наоборот за счет укрепления природных связей,Отличительная особенность предлагаемого способа в сравнении с прототипом состоит в том, цто взрывныескважины являются одновременно и дренажными, а защиту их стенок от оплывания осуществляют обжигом грунта вокруг них, при этом обжиг грунта производят на глубину 2/3 мощности просадочной толщи.По прототипу защиту стенок взрывных скважин от оплывания осуществляют химическими методами, например,силикатизацией. При этом производятнагнетание жидкого стекла или другихреагентов в поры грунта, где происходит в результате химических реакций образование геля кремниевой илидругих кислот, вследствие чего происходит укрепление грунта в стенкахскважин, однако они становятся водонепроницаемыми, цто вынуждает нарядусо взрывными скважинами бурить дренажные скважины, а защиту их стенокот оплывания и обеспечения фильтрации воды осуществлять заполнением щебнем или крупнозернистым песком, глубина закрепления взрывных скважин непревышает глубины начального просадочного давления, т.е, не более 67 м, что при большой мощности проса-дочной толщи, например, 3040 мнедостаточно, т.к. действие взрывнойволны на такой глубине весьма слабое,Способ уплотнения массива проса дочного грунта, включающий образование котлована, бурение дренажновзрывных скважин с закреплением ихстенок от оплывания, замачиваниегрунта через скважины, размещение в 25 скважинах зарядов взрывчатого вещества и осуществление взрыва зарядов сосадкой грунта под собственным весом,о т л и ц а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения эффективности уплот" Щ нения за счет снижения объема бурения, повышения фильтрующей способности стенок скважин и исключения дре- .,нажного материала; закрепление стенок скважин осуществляют путем их обжига при 100-1000 С в виде кольцевого слоя на глубину, равную 2/3 просадочной толщи массива, при этом толщину кольцевого слоя принимают равной велицийе, определяемой из зависи мости Ра хй-Ра Указанные отличительные особенности предлагаемого способа по сравнению с прототипом обеспечивают следующий эффект: сокращается объем буровых работ, сокращаются сроки эамачи 0013 12ванил просадочной толщи, отпадает не" обходимость в дренажном материале.Кроме того, поскольку в практике внедрения метода уплотнения просадоцных грунтов предварительным замациванием с использованием энергии взрывов закрепление стенок взрывных скважин химическими методами не применя ется из-за отсутствия химреагентов вбольших количествах, то для обеспечения транспортирования зарядов на. требуемую глубину используют трубы, то предлагаемый способ обеспечивает эко .номию труб,Формула изобретения где г - радиус скважины;Ра - давление водонасыщенногогрунта на уровне дна скважины;чР - прочность обожженного грунтана сжатие.1760013 Замнчиеение лросвдоцной Взрцвание толщи зарядов Составитель И.СтепураТехред М.Иоргентал Корректор, Т.Вашковии Редактор С,Кулаковае мю т Заказ 1207 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Рауюская наб д. 4/5