Способ закрепления грунта

Способ закрепления грунта

Реферат

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам закрепления грунтов оснований зданий и сооружений с помощью струйной технологии, а также слабоустойчивых откосов, и может быть использовано при формировании свайных фундаментов сооружений различного назначения.

В процессе возведения свай и других фундаментов сооружений различного назначения возникает необходимость закрепления грунта. Грунты в геологическом разрезе могут содержать разнородные по своим свойствам геологические элементы (слои грунта), в том числе и проблемные. Количество и чередование таких элементов могут быть самыми разнообразными.

Именно поэтому на участках, отведенных под строительство нового сооружения, проводят инженерно-геологические работы с определением количества, порядка залегания, толщины и свойств геологических элементов в геологическом разряде массива грунта. Результаты предварительно проведенных инженерно-геологических работ учитывают в той или иной степени при закреплении грунтов известными способами.

Известен способ укрепления грунта, включающий образование скважины с удалением грунта и подачу укрепляющего раствора перемещаемой снизу вверх поворачиваемой вокруг же скважины струей с образованием колонны укрепленного грунта (Патент RU №1733567, E02D 3/12, 1992).

При этом образование скважины ведут диаметром, определяемым заданной зависимостью, а подачу раствора осуществляют в объеме, также рассчитанном по определенной зависимости. Обе зависимости учитывают предварительно определенные характеристики грунтов.

Известный способ позволяет существенно сократить затраты материала и энергии. Однако известный способ включает трудоемкие этапы предварительного определения характеристик прочности залегаемых грунтов.

Известен способ возведения бетонной конструкции в сыпучем материале с уровня земли, включающий забуривание вращающихся эрозионной и цементирующей головок с буровыми коронками до проектной отметки с последующим расширением образующейся полости до заданной ширины и высоты путем эрозии и с одновременным или последующим цементированием расширенной полости путем подачи под давлением жидкого строительного раствора (Патент №2042012, E02D 3/12, 1995).

Известный способ позволяет проводить работы в различных типах грунтов и создавать укрепление на расширенной платформе, но при этом он также включает этапы предварительного определения характеристик прочности залегаемых грунтов.

Известен способ повышения прочности грунта, включающий погружение в грунт инъектора, подачу через инъектор текучего цементного материала под давлением, измерение и регистрацию давления раствора и образование зоны упрочненного грунта (SU №1114348, Е02D 3/12, 1978). При этом во время погружения инъектора определяют прочность грунта путем регистрации давления воды и его пересчета по известным зависимостям на показатель прочности грунта, а при величине прочности менее допустимой осуществляют подачу текучего цементного материала под давлением, превышающим допустимую прочность грунта.

Известный способ позволяет повысить эффективность упрочнения грунта, при этом снижает расход затвердевающих материалов и энергии.

Однако известный способ явления процессом циклическим - стадия нагнетания воды чередуется со стадией нагнетания упрочняющего материала, что значительно увеличивает общую продолжительность процесса.

Ближайшим аналогом предлагаемого изобретения является способ закрепления грунта, включающий определение характеристик геологических элементов в геологическом разряде закрепляемого массива грунта с последующим закреплением грунта при перемещении раздаточного элемента снизу вверх по высоте пилотной скважины в закрепляемом грунте струйной технологией (Патент RU №2209267, E02D 3/12, 2003).

При этом определение характеристик геологических элементов осуществляют путем геологических изысканий грунта под площадкой, планируемой под строительство.

Известный способ позволяет возводить свайные основания сооружений различного назначения из закрепленных грунтов с повышенной степенью закрепления и несущей способностью грунта при сокращении расхода бетона.

Однако при реализации известного способа сроки строительства достаточно велики за счет этапа геологических изысканий, а также за счет многократных заходок по закреплению грунта и соблюдения временных интервалов между заходками.

Новым техническим результатом от использования данного изобретения является возможность закрепления грунта путем создания грунтоцементной колонны сложной формы в зависимости от прочности грунта при сокращении сроков строительства за счет определения прочности грунтов при осуществлении заявленного способа.

Указанный результат достигается тем, что в способе закрепления грунта, включающем определение характеристик геологических элементов в геологическом разрезе закрепляемого массива грунта с последующим закреплением грунта при перемещении раздаточного элемента снизу вверх по высоте пилотной скважины в закрепляемом грунте струйной технологией, согласно изобретению, определение характеристик геологических элементов осуществляют при бурении пилотной скважины, а в качестве характеристик геологических элементов используют момент закручивания и усилие сжатия буровой колонны, регистрируемые при бурении пилотной скважины, а закрепление грунта производят в пилотной скважине со скоростью перемещения раздаточного элемента, рассчитанной по формуле

V_{разд.эл.}=Е·К, где

V_{разд.эл.} - скорость перемещения раздаточного элемента, м/с;

Е - коэффициент, который определяют экспериментально для каждого типа грунта, м/с;

а К определяют по формуле

где М - момент закручивания буровой колонны, Н·м;

Р - усилие сжатия буровой колонны, Н;

Д - диаметр пилотной скважины, м;

А и В - экспериментально определенные коэффициенты, безразм., причем при изменении типа грунта осуществляют корректировку скорости перемещения раздаточного элемента.

При этом скорость перемещения раздаточного элемента представляет собой сумму скорости вращения раздаточного элемента и скорости его линейного перемещения.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет создавать грунтоцементную колонну с определенными характеристиками непосредственно в массиве грунта под давлением через, по меньшей мере, один раздаточный элемент при его перемещении в массиве.

Способ осуществляют следующим образом: на строительной площадке используют комплекс, включающий буровой станок, приводную станцию и систему управления.

При этом система управления включает:

- тензодатчики, реагирующие на деформацию буровой колонны от закручивания и сжатия при контакте бурового инструмента с грунтом;

- приемное устройство регистрирующее, обрабатывающее и преобразующее в сигналы управления сигналы, поступающие от датчиков (компьютер);

- следящий гидропривод, осуществляющий изменение характеристик струйной цементации в зависимости от зарегистрированных характеристик.

Комплекс позволяет при перемещении раздаточного элемента сверху вниз по высоте пилотной скважины регистрировать такие характеристики геологических элементов как момент закручивания и усилие сжатия буровой колонны, а закрепление грунта осуществляют при перемещении раздаточного элемента снизу вверх по высоте пилотной скважины путем подачи водно-цементного раствора под давлением ˜50 МПа, при этом скорость перемещения раздаточного элемента рассчитывают по формуле:

V_{разд.эл.}=Е·К, где

с учетом определенного сопротивления грунта геологических элементов по формуле

где А=411,6;

В=-3,51.

Коэффициенты рассчитывают методом статистической обработки экспериментальных данных, полученных при осуществлении предлагаемого способа для различных грунтов.

Ниже приведены данные (таблица 1 и 2), полученные при осуществлении заявленного способа.

Таблица 1
Тип породы грунта	Vбур., м/с	N6yp., Вт	Noc, Вт	Р, Н	М, Н·М
I	0,002	2000	7,2	3600	64
II	0,002	4000	10,8	5400	124
III	0,002	5000	13,2	6600	159
В таблице использованы следующие обозначения:
Vбур. - скорость бурения, м/с;
Nбур. - мощность привода бурового станка, Вт;
Nос - потребляемая мощность привода бурового станка, Вт;

Тип породы грунта: I - торф, лесс, слабый мел, песок и супесок без гальки и щебня; II - растительный слой, песок плотный, глина средней плотности, суглинок плотный, мергель, мел, плывун; III - слабо сцементированные песчаники, мергель, известняк-ракушечник, плотная глина, песчано-глинистые грунты с содержанием >20% мелкой гальки.

При этом бурение осуществляют при n=300 об/мин.

Таблица 2
Тип породы грунта
I	5,6
II	4,4
III	4,2

При этом Д=const и равняется 0,1 м, а значения Р и М соответственно расчетные и представлены в таблице 1.

На основе полученных расчетным путем значений рассчитывают К по формуле

а закрепление грунта производят со скоростью перемещения раздаточного элемента, рассчитанного по формуле

V=E·K, где V=м/с,

Е=10 - для I породы; Е=6 - для II породы; Е=4 - для III породы.

Таким образом, V_{(для I породы грунта)}=411,6×5,6^-3,51×10=9,734987 м/с;

V_{(для II породы грунта)}=411,6×4,4^-3,51×6=13,61782 м/с;

V_{(для III породы грунта)}=411,6×4,2^-3,51×4=10,68883 м/с.

Таким образом, в предлагаемом способе приемное устройство показывает изменение типа грунта и сразу осуществляется корректировка скорости перемещения раздаточного элемента, подающего водно-цементный раствор, что позволяет с уверенностью говорить о том, что грунтоцементная колонна в ослабленных грунтах имеет увеличенный объем, что позволяет сделать вывод о качественном закреплении грунта.

Колонны укрепленного грунта предусмотрены глубиной до 8 метров.

Вышеприведенные примеры (таблица 1 и 2) позволяют сделать вывод, что предложенный способ при реализации на строительной площадке с использованием комплекса, включающего буровой станок, приводную насосную станцию и систему управления, позволяет при перемещении раздаточного элемента сверху вниз по высоте пилотной скважины регистрировать такие характеристики геологических элементов, как момент закручивания и усилие сжатия буровой колонны, а закрепление грунта осуществлять при перемещении раздаточного элемента снизу вверх по высоте пилотной скважины путем подачи водно-цементного раствора под давлением ˜50 МПа с корректировкой скорости перемещения раздаточного элемента в зависимости какой тип грунта проходит раздаточный элемент.

Изменение же характеристик струйной цементации в зависимости от зарегистрированных характеристик осуществляют с помощью следящего гидропривода (приводной насосной станции).

Таким образом, при использовании данного изобретения осуществляют закрепление грунта путем создания грунтоцементной колонны сложной формы в зависимости от прочности грунта в более компактные сроки строительства за счет определения прочности грунта при реализации заявленного способа.

Способ закрепления грунта, включающий определение характеристик геологических элементов в геологическом разрезе закрепляемого массива грунта с последующим закреплением грунта при перемещении раздаточного элемента снизу вверх по высоте пилотной скважины в закрепляемом грунте струйной технологией, отличающийся тем, что определение характеристик геологических элементов осуществляют при бурении пилотной скважины, а в качестве характеристик геологических элементов используют момент закручивания и усилие сжатия буровой колонны, регистрируемые при бурении пилотной скважины, а закрепление грунта производят в пилотной скважине со скоростью перемещения раздаточного элемента, рассчитанной по формуле

V_{разд.эл.}=E·K,

где V_{разд.эл.} - скорость перемещения раздаточного элемента, м/с;

Е - коэффициент, который определяют экспериментально для каждого типа грунта, м/с;

К определяют по формуле:

где М - момент закручивания буровой колонны, Н·м;

Р - усилие сжатия буровой колонны, Н;

Д - диаметр пилотной скважины, м;

А и В - экспериментально определенные коэффициенты, безразмерные,

причем при изменении типа грунта осуществляют корректировку скорости перемещения раздаточного элемента.