Способ возведения стены в грунте

(9 51)5 Е 02 О 5 и 1 ЗОБРЕ ПИСА АВТОРСКО ИДЕТЕЛ ЬСТВ цска- укторпроектно-из льно-констр проект" отказин, О.Е. ьперин в, Б,С,феи фундам ", М., Строй Смир- доров, ентов издат,НИЯ СТЕНЫ В оружении фунда- ановотгрунтовых пользование; при с в при защите котлов ласти строзовано при те котловаменьшения иями гидрония стены в траншеи под полнениеее с. М 624989,Недостаткам большие затраты полнении работ грунте в связи с траншеи происх ние загустевшего ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯРи Гкнт сссР(57) Ис оменто Изобретение относится к о ительства и может быть испол сооружении фундаментов, защ нов от грунтовых вод или для фильтрации воды под основан технических сооружений,Известен способ возведе грунте, включающий проходку защитой бурового раствора и за твердеющим материалом (см. а. кл, Е 02 Р 15/06, 1976, СССР). этого способа являются и низкое качество при выпо возведению стены в тем, что при заполнении дит медленное вытеснераствора из траншеи, что, 1776719 А вод. Сущность изобретения: Способ возве дения стены в грунте включает проходку траншеи под защитой тиксотропного раствора его деструкционную обработку с последующим заполнением траншеи твердеющим или нетвердеющим материалом, Деструкционную обработку осуществляют путем воздействия на буровой раствор направленным вдоль оси траншеи вибрационным полем с интенсивностью, определяемой по приведенной формуле. В дальнейшем продолжают периодически воздействовать вибрационным полем с интенсивностью, определяемой по приведенной формуле. 2 ил. увеличивает сроки выполнения стены в грунте и ухудшает качество материала.Известен способ возведения стены в грунте, принятый за прототип, включающий проходку траншеи под защитой буровогораствора, его деструкционную обработку и заполнение траншеи материалом (см. книгу М,И. Смородинов, Б.С, Федоров, Устройство сооружения и фундаментов способом "стена в грунте", М., Стройиздат, 1986, с.25 - 26, 57 - 58).Недостатками данного способа являются большие затраты и низкое качество при выполнении работ по возведению стены в связи стем, что операции по проходке траншеи и заполнению ее твердеющим или нетвердеющим материалом разделены значительным промежутком времени, приэтом буровой раствор, находящийся в траншее в состоянии покоя, сильно загустевает вследствие проявления тиксотропных средств. Поэтому погружение в траншею, например, комовой глины в такой загустевший буровой раствор сильно затруднено, т,к. глина зависает в верхней части траншеи с образованием сводов.При заполнении траншеи твердеющим материалом (например, глиноцементным раствором), методом вертикального перемещения трубы (ВПТ) происходят прорывы "языков" глиноцементного раствора на поверхность и перемешивание его с буровым раствором, что исключает полное вытеснение бурового раствора из траншеи и ухудшает качество материала "стены в грунте", Деструкционная же обработка бурового раствора путем перекачки его насосом связана со значительными затратами, поскольку используется насос большой мощности,Целью изобретения является сокращение затрат и повышение качества возведения "стены в грунте",Поставленная цель достигается тем, что . в способе возведения стены в грунте, включающем проходку траншеи под защитой тиксотропного бурового раствора, его деструкционную обработку с последующим заполнением траншеи материалом, деструкционную обработку осуществляют путем воздействия на буровой раствор направленным вдоль оси вибрационным полем с начальной интенсивностью, определяемой по формуле:А после чего осуществляют периодическое воздействие вибрационным полем с интенсивностью Ь), определяемой по формуле:Т0,00205 + 0,000126 Т где Зн, п - начальная и периодическая интенсивности вибрационного поля, воздействующего на буровой раствор в траншее (см. хс ф), А=епК(е" - 1) К=( - "-) - коэффициент эффективности, ЧЧ г фо 1 К о1 +0,5711 ЧЧу, Юо-соответственно скорость заполнения траншеи материалом при воздействии на буровой раствор вибрационным полем, ибез его воздействия,И - продолжительность времени, втечение которого буровой раствор,в5 траншее находится в покое перед началом воздействия на него вибрационньмполем (мин),Ттп10 ( 1 + 0,57 1 г ) ( 1 + 0,57 йз )1 З=тг+ЬЬатг151 - 0,57 и аа=1+(е"-1)едЯ- 0,00205 н201 + 0 000126 н .1 п - продолжительность перерывовпри периодическом воздействии вибрационным полем на буровой раствор в тран шее(мин).Предлагаемый способ показан на фиг.1, 2 где на фиг. 1 дана принципиальная схема возведения стены в грунте при проходке траншеи агрегатом СВД, на фиг. 2 - при 30 проходке грейфером,Способ возведения стены в грунте осуществляют следующим образом.Производят проходку траншеи 1 агрегатом СВДпод защитой бурового раство ра. По окончании проходки неизбежнатехническая пауза между временем окончания этой операции и началом следующей. В течение этого промежутка времени проявляются тиксотропные свойства бурового 40 раствора 3 и происходит значительное егозагустевание, Для возвращения буровому раствору 3 первоначальной подвижности производят его деструкционную обработку .путем воздействия на него вибрационного 45 поля, Для этого в траншею 1 опускают металлический элемент 4 с укрепленными на нем вибраторами 5, создающими вибрационное. поле, и продвигают вдоль фронта траншеи 1, при этом величина 50 интенсивности вибрационного поля находится в пределах 50-1500 см с з см.табл, 2, стр. 134).Скорость осаждения комков глины 5 вбуровом растворе в вязко-пластичной 55 жидкости получают из решения уравненияпо книге "Гидравлика глинистых и цементных растворов". Авторы А,Х. Мирзаджанзаде и др. Из-во "Недра", с. 225, формула Ч,421776719 О б,1 О гО гО то 1+ 3 фХ,Е 40 Ъ К= = ХА где б - диаметр комков глины,у 1 и у- удельный вес глины и бурового раствора,х - напряжение сдвига бурового раствора через с мин., нахождения в состоянии покоя,ц- структурная вязкость бурового раствора,Учитывая, что в рассматриваемых усло- виях"+г,О ф гО следовательно, формулу (1) можно представить в следующем виде: гя 1 - и15) Хс дПри наложении поля сдвиговых деформаций, например, вибрационного поля на буровой раствор 3 в траншее 1 его характеристики меняются (он разжижается), вследствие этого скорость осаждения комков глины в траншее, наполненной буровым раствором, меняется (увеличивается) с От скорость осаждения комков глины в буровом растворе до воздействия на него вибрационным полем (до 01) то же, но после воздействия вибрации). Введем понятие коэффициента эффективности К, показывающий; во сколько раз уменьшаются напряжения сдвига бурового раствора после воздействия на него вибрационным полем,К=Х 1Ягде х 1 - напряжения сдвига бурового раствора после воздействия на него вибрационным полем с интенсивностью 1.Из формулы (2) определяем, что: Откуда; - "- = ( )(3)а . ОКак показывают теоретические и экспериментальные данные, если раствор находится в покое, то величина структурныхсвязей в нем, обусловленная тиксотропны 10 ми свойствами ( ц ) возрастает по следующей зависимости:.Х =Хо е +ьДЮ(4)где х - напряжение сдвига бурового раствора при полностью разрушенных структурных15 связях, обусловленных тиксотропными свойствами,а и 3- константы, характерные для данного вида раствора, определяемые экспери-,ментально, среднее значение длябентонитовых растворов равно:О=1, Р=0,57,Как показали исследования, в условияхвоздействия на тиксотропную систему (бентонитовые растворы) вибрационным полемвеличину структурных связей ( х ) можнооценить по следующей зависимости;а 1 н1+ы,ц =Х 0+(Хс - Х,) е %) 30где 1 н - начальная интенсивность вибрационного поля, (смз с ),а и Ь - константы, определяемые экспериментально, средние их значения для бен тонитовых растворов равны а=-0,00205 и Ь=1776719 где Аеп К К(е" - 1)и 1 + 0,571 10 11+0571При этом 1 Ке . Это условие. отражает факт, что если в буровом растворе разрушить даже все структурные связи, обусловленные тиксотропными свойствами, 15 в нем будут существовать структурные связи, характеризуемые то, обусловленные уже другими его свойствами.За счет воздействия вибрационного поля с начальной интенсивностью 1 н в течение 20 времени т 1 в буровом растворе достигается определенная степень разрушения структурных тиксотропных связей, при этом можно определить эффективную продолжительность пока с 2, которому эта величина струк турных связей соответствует, из следующей зависимости: где Т Т40 Периодичность воздействия вибрационным полем на буровой раствор можно обеспечить двумя способами: отключением виброустановки или, что более целесообразно, посредством перемещения ее по 45 длинетраншеи приэтомдлинуобрабатываемой заходкиможно определить по формуле: Ь502 г Чв где 6 - допустимая длина обрабатываемойзаходки траншеи вибратором (м),55 г - радиус действия вибратора (м),Ь - продолжительность перерыва периодического вибрацион ного поля, для которойопределена периодическая интенсивностьвибрационного поля 1(мин),Подставляя численные значения констант, получим: 1 пА 0,00205 + 0,000126 1 п АПреобразуя уравнение (9) и подставляячисленные значения констант а,3, а, и Ь,определяем значение 12ф. (10)а-реп в 1 - 057 ео в 000205 н1 +0,571, 1 +0,000126 н = 1+(е -1) е В дальнейшем экономичнее воздействовать на буровой раствор вибрационным полем периодически, в этом случае разрушаются только структурные тиксотропные связи, которые восстанавливаются только в течение перерывов в воздействиях вибрационным полем, В этом случае требуемая интенсивность вибрационного поля будет значительно меньше, чем начальная и она будет тем меньше, чем короче перерывы в воздействии поля. Определение требуемой интенсивностипериодического вибрационного поля можноосуществлять исходя из следующего: Зная 12 и продолжительность перерывов (Ь) при воздействии вибрационным полем на буровой раствор, определим необходимую интенсивность периодического вибрационного поля (1 о). необходимую для поддержания полученной степени разрушения структурных тиксотропных связей бурового раствора из уравнения 3 81 н 2 1 + 0,57 3 1 + Ын 1 + 0 57 12 тле е =о е13=12 ЬПреобразуя уравнение(11) и подставляя значения а,р, а и Ь: получим значения необходимой интенсивности периодического вибрационного поля: а - Ь Т - 0,00205 + 0,000126 ТогдеТо31+0,5712 1+0,57 тз10 1776719 51015 20 25 30 40 ЬК Ь 45 где 50 55 8 з 0,023= -3,78 Чь - скорость возврата виброустановкииз конца эаходки в ее начало (холостой ход)(м/мин), то - необходимая продолжительность обработки бурового раствора в зоне действия вибратора (мин),Необходимо учитывать, что при первоначальном разрушении тиксотропных связей бурового раствора с интенсивностью н длительность вибрирования 1 о может достигать 30 с, а при последующем периодическом воздействии необходимая длительность вибрирования то=5-10 с,При первоначальном включении виброустановки с интенсивностью вибрирования н можно принимать длину заходки, равную з, ее прийдется пройти несколько раэ виброустановкой до полной стабилизации повышенной подвижности бурового раствора,что будет свидетельствовать о возможности перехода на периодичный режим вибрации, при этом интенсивность вибрирования уменьшается до 4, то есть в данном случае с 1500 до 476 см хс . В качестве возбудителей вибрационного поля (стационарных или передвижных) целесообразно использовать виброустановки типа ВУР, ВУР - 3 и ВУР. При этом для создания направленного вибрационного поля необходимо применять гасители колебаний, располагая их вдоль стенок траншеи, и проводники колебаний, устанавливаемые по оси траншеи. Гасители колебаний целесообразно крепить нежестко, а проводники колебаний - жестко к рабочему органу вибратора в области его действия и перемещать их вместе с ним,Для определения оптимального диапазона значений интенсивности вибрационного поля вводим . понятие интенсивностиразрешения тиксотропных связей буровогораствораЬК=Ху =о ( - )1 1Х 11 Х 1 г Л К- приращение степени уменьшения тиксотропнцх связей бурового раствора при воздействии на него вибрационным полем интенсивностью 1 и г,Х= о, ХУ 1, Хуг - СОПрОтИВЛЕНИЕ СдВИГа бурового раствора до наложения вибрационного полЯ(ху =о) и после наложениЯ вибрационного поля интенсивностьюи г,Ь =г- приращение интенсивностивибрационного поля,Продолжительность действия вибрационного поля не учитывается, т.к, разрушение тиксотропных связей бурового раствора при наложении вибрационного поля происходит очень быстро (за 30-60 секунд).В таблице приведены значения , определенные по экспериментальным данным,Из приведенных данных следует, что наибольший эффект разрушения тиксотропных связей бурового раствора происходит при интенсивности вибрационного поля =50 - 1500 см с , при этом 1-0,0021-0,025. При 1500 смгсм 50 см с эффект разрушения тиксотропных связей раствора ухудшается, при этом =0,0016-0,0006.П р и ме р 1.Для возведения "стены в грунте" используется агрегат СВД(фиг, 1),При проходке траншеи 1 используют буровой раствор 3, Перед заполнением траншеи 1 материалом 6 буровой раствор 3 в ней находился 3 суток (4320 минут) в покое. Определим начальную и периодическую интенсивности вибрационного поля и максимальную длину заходки, обрабатываемой передвигающейся виброустановкой, если радиус действия вибратора г=0,5 м, продолжительность перерывов в наложении вибрационного поля то=5 мин и скоро" стьпередвижения виброустановки из конца заходки в ее начало Чь=30 мlмин,Учитывая, что максимальная величина коэффициента эффективности воздействия вибрационного поля равна:1=5,78Для расчета зададимся К=5.,2, при этом скорость осаждения, комовой глины в буровом растворе траншеи 01, а следовательно и скорость заполнения траншеи увеличится в 2,3 раза, т.к,01= l КО 1- Я,201=2,301 Далее по формуле (8) определяем начальную интенсивность вибрационного поля:43 М 1+а 51 ф 1+ 0.514320е -К . - е-52 0023 аЗ;0 Пояс Г 7 аьГИ 6 К (е - 1) 5.2 (е - 1)1017 1- + -205 30 Таким образом, полученная начальная интенсивность вибрационного поля равна верхнему пределу оптимального диапазона.Далее по формуле (10) определяем значение5 4320 1 +0,574320 п 1-1+( е - 1)хТогда 13=12-Ь=0,37+5-5,37 мин.Далее по формуле (12) определяем интенсивность вибрационного поля при пери одическом воздействии на буровой раствор.Ь( 1 + 0,57 т 2 ) ( 1 + 0,57 13 )5 25 (1+0,57 х 0,37)(1+0,57 х 5,37) Тогда 1,017 467 см 2 хс0,00205 + 0,000126 х 1,017 " 30 Таким образом, для поддержания достигнутой степени разрушения тиксотропных связей в буровом растворе при периодическом воздействии вибрационным 35 полем через 5 минут, потребуется значительно меньшая интенсивность, которая будет в 4 7 -3.2 раза меньше начальной1500интенсивности. 40Далее, по формуле(13) определяем максимальную длину заходки траншеи, которую может обработать виброустановка. П р и м е р 2, При проходке траншеи 1 используют буровой раствор 3. Перед за полнением траншеи 1 материалом 6 буровой раствор в ней находится.5 минут в покое. Определим оптимальные начальную и периодическую интенсивность вибрационного поля и максимальную длину эаходки 55 обрабатываемой передвигающейся виброустановкой, если радиус действия вибрато.ра г,5 м, продолжительность перерывов в воздействии вибрационного поля Ьмин и скорость передвижения виброустановки иэ конца заходки в ее начало 9 ь=30 мlмин.Для расчета задаемся коэффициентом эффективности К,1.Далее по формуле (8) определяем начальную интенсивность вибрационного.поля,Так как 51+0,57 ф 5 А- е - 1,1=50 см с Далее по Формуле (10) определяем 125 - 0.00205501 + 0.575 1 + 0,00012550в+(е3,41п 3,41=1,227,Тогда 13 т 2+Ь=4,08+1=5,08 мин.Далее по формуле (12) определяем интенсивность периодического вибрационного поля1"0,077Тогда0,07737 См 2 с 0,0001260,077 + 0,00205 Далее по формуле (13) определяем длину заходки траншеи, которую может обрабатывать виброустановка формула изобретения Способ возведения стены в грунте, включающий проходку 1 раншеи под защитой тиксотропного бурового раствора, его деструкционную обработку с последующим заполнением траншеи твердеющим или нетвердеющим материалом, о тл и ч а ю щи йс я тем, что, с целью сокращения затрат и повышения качества возведения стены в грунте, деструкционную обработку осуще14 1776719 ствляют путем воздействия на буровой раствор направленным вдоль оси траншеи вибрационным полем с интенсивностью,определяемой по формуле,К- ( ) - коэффициент эффективности.ЮЧЧ 01 К ";И/1, ЧЧ 0 - соответственно скорость заполне 5 ния траншеи материалом при воздействиина буровой раствор вибрационным полемибез его воздействия; 1 и А г -30,000126 1 и А - 0,00205 1с последующим периодическим воздействи- тпем вибрационным полем с интенсивностью 10 (1+0,57 тг)(1+0,57 тз)1 и, определяемой по формуле тз=тг+ьВ Т 1 п 0,00205 + 0,000126 Т 1 и в 1 - 0,571 и гигде н и 1 и - начальная и периодическая интенсивности вибрационного поля, воздействующего на буровой раствор в траншее;е" - КА=К(е" 1) 15 в=1+(е"-1).е й - 0,00205 1 н 20 1 + 0,000126 1 н Ь - продолжительность перерывов при периодическом воздействии вибрационным полем на буровой раствор в траншее, мин.25 и -т 1+0,57 т 1 Определение диапазона оптимальных значений интенсивности вибрационного поля Ысм с ЛК ЬК Л 1 1 см с Примечание К т =О гОбласть оптимальных значений 1 50 11500 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14 15 0,0 25 50 100 200400 600 800 1000 1200 1500 1800 2000 2200 2500 25 25 50 100 200 200 200 200 300 300 200 200 300 1,00 1,045 1,09 1,19 1,39 1,81 2,29 2,79 3,26 3,76 4,26 4,69 4,91 5,085 528 0,045 0,045 0,10 0,20 0,42 0,48 0,50 0,47 0,40 0,60 0,43 0,22 0,175 0,195 0,0018 0,0018 0,002 0,002 0,0021 0,0024 0,0025 0,0023 0,0020 0,0020 0,0014 0,0011 0;0009 0,00061776719 иа оставитель Л. Ананьинаехред М,Моргентал Корректор Л, Ливри едактор Г. Бельская Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж л. Гагарина, 10 Заказ 4102, Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5