Способ укрепления обочин дорог, откосов и инженерных сооружений

 

Использование: дорожное и гидротехническое строительство. Сущность изобретения: на расстоянии 1,5-2,0 м от полотна дороги выполняют параллельно ему скважины глубиной до коренных или скальных пород . Размещают в них невзрывные виброисточники. А виброколебания на грунт производят в два этапа:сначала в диапазоне 60-1500 Гц с одновременным нагнетсшием в грунт разупрочняющих веществ до перераспределения упругих напряжений грунта из состояния сжатия на растяжение, затем переходят на частоту, равную частоте собственных колебаний грунта, с одновременным нагнетанием скрепляющих растворов до приобретения прочности, равной половине нормативной ил.и проектной величины , 5 з.п.ф-лы, 3 ил.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 01 С 3/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4939975/33 (22) 29.04.91 (46) 07.02.93. Бюл. N 5 (75) А.В,Бакулин и В,Н,Бакулин (73) А.B. Ба кули н (56) Строительство автомобильных дорог / под ред. В,К.Некрасова, том1, M.Т., 1980. с.

160.

Фатеев Н,Т. и др, Упрочнение вязкопластичных грунтов камуфлетным взрывом, Белгород, 1988, с, 25 — 28. (54) СПОСОБ УКРЕПЛЕНИЯ ОБОЧИН ДОРОГ, ОТКОСОВ И ИНЖЕHEPHbtX СООРУЖЕНИЙ (57) Использование: дорожное и гидротехническое строительство, Сущность изобреЗаявляемое изобретение относится к строительству, дорожному и гидротехническому строительству и может быть использовано для укрепления грунтов и горных пород при проведении инженерных работ с использованием упругого миграционного, геоэффекта и эффектов кавитации.

Известен способ укрепления обочин дорог, включающий снятие верхнего слоя почвы. нанесение слоя щебня, возвращение на старое место верхнего слоя почвы и двойной засев ее многолетними травами.

Известен способ трудоемок, нетехнологичен, связан с перемещением больших объемов грунта и щебня и не использует для управления состоянием и свойствами грун- та вибровоздействия в выбранном диапазоне частот.

Известен способ укрепления обочин дорог, откосов и инженерных сооружений, включающий бурение скважин, заряжание

„,!Ж„„1794120 А3 тения; на расстоянии 1,5 — 2,0 м от полотна дороги выполняют параллельно ему скважины глубиной до коренных или скальных пород, Размещают в них невзрывные виброисточники, А виброколебания на грунт производят в два этапа: сначала в диапазоне 60-1500 Гц с одновременным нагнетанием в грунт разупрочняющих веществ до перераспределения упругих напряжений грунта из состояния сжатия на растяжение, затем переходят на частоту, равную частоте собственных колебаний грунта, с одновременным нагнетанием скрепляющих растворов до приобретения прочности, равной половине нормативной или проектной величины, 5 з.п.ф-лы. 3 ил, их ВВ и камуфлетное взрывание с последующим упрочнением грунта.в зоне массива, прилегающего к взрыву.

Известный способ трудоемок, нетехнологичен, не позволяет работать в выбранном диапазоне частот, далеко не безопасен, требует остановки технологического .процесса при производстве взрывов, требует перемещения больших объемов грунта и щебня, а также бурения большого объема скважин и шпуров.

Цель изобретения — повышение эффективности укрепления.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу бурение скважин выполняют параллельно полотну дороги на расстоянии 1,5 — 2,0 м от него, глубиной до коренных или скальных пород, размещают в скважинах невзрывные источники колебаний, а виброколебания на грунт производят в два этапа: сначала в диапазо 60--1500 Гц

1794120 с одновременным нагнетанием в грунт разупрочняющих растворов до перераспределения упругих напряжений грунта из состояния сжатия на растяжение, затем переходят на частоту, равную частоте собствян н ых кол ебаний грунта, с одновременным нагнетанием скрепляющих растворов до приобретения прочности, равной половине нормативной или проектной величины, Скважины бурят на расстоянии 5-9 м друг от друга.

Разупрочняющие растворы нагнетают нагретыми до 80 С, В качестве упрочняющих растворов используют цементные растворы.

В качестве разупрочняющих растворов используют ПАВ, или гидроокись натрия, или гидроокись натрия с метанолом.

С целью повышения гидро- и аэродинамических связей грунта диапазон колебаний увеличивают до 20 кГц инициируют на пути распространения упругой волны кгвитирующие процессы, причем энергию кавитирующего пузырька, возникающего в зоне разрежения упругой волны и схлопывающегося в зоне сжатия волны, определяют из выражения

Е = т Р. В 4/3, где Ро — прочность грунта на растяжение в . отсутствие упругой волны, кг/см;

:R — размер кавитирующего пузырька, мм.

На фиг. 1 приведена схема реализации способа,где 1 в полотнодороги,2 †обочи дороги, 3 — скважина для размещения в них виброисточников, 4 — виброисточник, 5— упруговязкое тело, 6 — компрессор высокого давления ЭУ вЂ” 5 или ЭУ вЂ” 7, 7 — электронный пульт управления для синхронизации работы группы виброисточников,8 — информационно-вычислительный комплекс (ИВК); на фиг. 2 приведены пороги кавитации на разных частотах ; на фиг, 3 — экспериментальные данные, показывающие поведение радиуса кавитирующего пузырька при постоянном давлении на частоте 10 кГц;, где 1— при Р = 10 Па. 2 — при Ро = 5 10 Па, 3 — при

Ро = 10 Па.

Способ осуществляют следующим образом.

На удалении от полотна дороги 1,5-2,0 м и параллельно ему бурят шпуры или скважины 3. размещают в них виброисточники 4 и заполняют скважины 4 упруговязким телом 5. в качестве материала которого используют мокрый кварцевый песок, мелкий щебень и другие минеральные добавки впе50

Вибровоздействия на грунт производят поэтапно; вначале их производят в диапазоне 60-1500 Гц в совокупности с нагнетанием разупрочняющих растворов и вибровоздействия осуществляют в течение времени, при котором деформации сжатия грунта сменят деформации растяжения, что соответствует оптимальной проницаемости грунта, затем переходят на частоту вибровоздействия, равную частоте собственных колебаний грунта в совокупности с нагнетанием в грунт скрепляющих растворов. и вибровоздействия производят в течение времени, при котором прочность скрепляющих растворов, в качестве которых испольремешку с водой. Величину акустического сопротивления материала упруговязкого тела 5 подбирают примерно равной величине акустического сопротивления грунта, что необходимо для лучшей передачи акустического импульса в грунт для приведения его в возбужденное состояние и наведения в нем проницаемости при нагнетании в грунт

ПАВ, гидроокиси натрия или гидроокиои натрия с метанолом, причем скважины 3 для . размещения в них виброисточников 4 бурят

Ф200 — 300 мм и глубиной до коренных или скальных пород, что необходимо для того, чтобы при нагнетании в грунт в основание

15 грунта скрепляющих растворов грунты имели монолитное основание и составляли между отдельными неоднородностями грунта единое сцепление. Максимальный диаметр скважины 3 выбирают, исходя из

20 оптимальных условий возбуждения упругих колебаний, в диапазоне 60-1500 Гц, исходя из структурных особенностей грунта и условий волнового подобия, так как волна лишь тогда взаимодействует со встречающейся на ее пути неоднородностью, если она соизмерима с нею или меньше ее, При скорости

P-волн в грунте 1800 м/с и частотах 60 и

1500 Гц длины волн соответственно составляют: на 60.Гц длина волны =(1800 м/с)/(60

30 Гц)= 30 м, на 1500 Гц длина волны =.1,2 м и, учитывая, что размеры неоднородностей, слагающих основание грунта, находятся в пределах 1,0 — 30 м, то выбор диапазона час.тот 60 — 1500 Гц обусловлен структурными

35 .особенностями грунта и позволяет привести грунт в возбужденное состояние в выбранном диапазоне частот в совокупности с нагнетанием в грунт разупрочняющих растворов, в качестве которых используют .

40 ПАВ, гидроокись натрия или гидроокись натрия с метанолом, причем для глинистых грунтов или грунтов с низкой степенью пористости растворы нагревают до

80 С.

45.

1794120 ствие упругой волны

50

55 тивность способа пс сравнению с имеющимися классическими способами укрепления грунта: съем оер>лего слоя почвы, выборка части грунта и засыпка на сго место слоя зуют тон козернистый цемент или силикаты, достигнет примерно половины проектной или нормативной величины, Для низкопористых грунтов или грунтов, обладающих значительной прочностью, разупрочняющие растворы гидроокись натрия или гидроокись натрия с метанолом нагревают до 80 С, возбуждают мощные ультразвуковые колебания в диапазоне 1 — 20 кГц инициируют на пути распространения упругой волны кавитирующие явления, причем энергию кавитирующего пузырька, образующегося в зоне разрежения упругой волны и схлопывающегося в зоне сжатия волны, определяют из выражения: Е = XР,К 4/3, где Р> — давление в з порах и трещинах грунта в отсутствие волны, кг/см; R — размер кавитирующего пузырька, мм, Образующиеся на пути распространения волны микро-" и макроударные потоки флюидов способствуют резкому увеличению проницаемости грунта и улучшению гидро- и аэродинамических связей грунта и более полному заполнению пор и трещин скрепляющими растворами.

Амплитуду источников 4 колебаний медленно поднимают от минимального до максимального уровня, при этом время синхронизации — время совместной работы группы виброисточников 4 осуществляют с использованием электронного пуль-а 7 управления, связанного обратной связью с компрессором б высокого давления типа

ЭУ-5 или Э2 — 7, от которого в источник подают импульс сжатого воздуха под давлением от 60 до 300 атмосфер, который воспринимают тензодатчиком, преобразуют в электрический сигнал и подают в ИВК

8, в котором по заранее заданной программе осуществляют корректировку импульсов волн давления и синхронизацию работы группы виброисточников.

При работе группы виброисточников происходит перераспределение поля упругих напряжений на пути распространения волн сжатия и растяжения порождаемыхупругой волной и имеет лесто частичная дегазация грунта. Эти явления имеют место как при работе группы виброисточников, так и при работе одного виброисточника, Таким образом грунт обрабатывается всеми видами сжимающих и растягиоаю щих нагрузок, что способствует повышению эффективности способа, снижению его энергоемкости и при этом на порядок снижаются затраты на производство работ по укреплению грунта по сравнению с имеющимися традиционными способами.

Сущность способа состоит в том, что под воздействием. мощных вибрационных колебаний в грунтах возникают волны сжатия и растяжения, действующие на флюиды жидкости и газы, содержащиеся в порах и трещинах грунта, как тектонический насос, то есть в грунтовом массиве имеет место перемещение-миграция флюидов во много раз, на несколько порядков превышающая эту величину при обычных условиях, в отсутЭто явление авторы назвали упругим миграционным геоэффектом, Оно имеет место в различных диапазонах частот Гц — кГц — мГц и сопровождается: перераспределением поля упругих напряжений на пути распространения упругой волны и мигрующих вслед за ней флюидов; частичной дегазацией грунта, то есть истечением газовых компонент из пор и трещин при вибровоздействиях; кавитир ющими процессами в грунтах при соблюдении условий, что направление распространения волны совпадает с направлением пор и трещин по их простиранию; соизмеримости длины волны и размеров пор и трещин по их простиранию; если на пути распространения волны встречаются участки грунта. нагретые свыше30 С; если частота зондирующих импульсов близка к частоте собственных колебаний флюидов, содержащих о порах и трещинах грунта.

Преимущества способа состоят о том, что размещения виброисточников по предлагаемому способу позволяст: возбуждать упругие колебаний в выбранном диапазоне частот о режиме накопления, что дает возмо>кность закачать в грунтовой массив упругую энсргию, необходимую для повышения проницаемости массива; управлять состоянием и свойствами грунта за счет нагнетания о массив оазупрочняющих или упро сияющих растворов; повысить эффективность способа и его энергое лкость.

Использование заявляемого спосооа позволит значительно снизить затраты на укрепление обочин дорог, откосов и инженерных сооружений за счет использования упругого миграционного геоэффекта и эффектоо кавитации в грунтовом массиве лри высоких PT-параметрах и повысить эффек1794120 щебня и нанесение верхнего слоя почвы на прежнее место с двойным засевом трав.

Формула изобретения

1. Способ укрепления обочин дорог, откосов и инженерных сооружений, включающий бурение скважин, заряжание их ВВ и камуфлетное взрывание, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения эффектив- . ности укрепления. бурение скважин выполняют параллельно полотну дороги на расстоянии 1,5-2,0 м от него, глубиной до коренных или скальных пород, размещают в скважинах невзрывные виброисточники и виброколебания на грунт производят в два этапа: сначала — в диапазоне 60 — 1500 Гц с одновременным нагнетанием в грунт разупрочняющих веществ до перераспределения упругих напряжений грунта из состояния сжатия на растяжение, затем — переходят на частоту, равную частоте собственных колебаний грунта с одновременным нагнетанием скрепляющих растворов до приобретения прочности равной половине нормативной или проектной величины.

2. Способ по и. 1, отличающийся тем, что скважины бурят на расстоянии 5 — 9 м друг от друга, Ожидаемый экономический эффект от внедрения заявляемого способа составляет

34 т,руб. в год, 3. Способ по и, 1, отличающийся тем, что разупрочняющие растворы нагнетают нагретыми до 80 С.

4. Способ по и. 1, отличающийся тем, что в качестве упрочняющих растворов используют цементные растворы.

5. Способ поп.1,отличающийся тем, что в качестве разупрочняющих растворов используют ПАВ, или гидроокись натрия, или гидроокись натрия с метанолом.

6, Способ по и, 1, отличающийся тем, что, с целью повышения гидро- и аэродинамических связей грунта, диапазон колебаний увеличивают до 20 кГц и инициируют на пути распространения упругой волны кавитирующие процессы, причем энергию кавитирующего пузырька, возникающего в зоне разряжения упругой волны и схлопывающегося в зоне сжатия волны, определяют из выражения Е = л Р R 4/3, где

Ро — прочность грунта на растяжение в отсутствие упругой волны, кг/см; R — размер кавитирующего пузырька.

1794120 Ю Ф

R f0

j ф р

Составитель А.Бакулин

Техред M.Моргентал

Корректор- Н.Король

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 526 Тираж Подписное

ВКИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГККТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наф., 4/5,