Способ бетонирования оснований для промышленных объектов и аэс

 

Использование: изобретение относится к различным видам дорожного, гидротехнического , подземного строительства, механике гбрных пород и может быть использовано для повышения прочности сцепления оснований промышленных объектов и АЭС с породами и грунтами массива. Изобретение м.б. использовано для повышения эффективности бетонирования. Увеличения прочности основания для промышленных объектов и АЭС за счет более прочного сцеНления бетона с грунтом. Согласно способу бурят скважины на удалении друг от Изобретение относится к различным видам дорожного, гидротехнического и подземного строительства и может быть использовано для инжектирования скрепляющих растворов породы и грунты массива для повышения их прочности. Известен способ упрочнения строительных грунтов, включающий бурение скважин в грунте, подачу в них через трубы струй воды, разрушение грунта. Сопло со струёй перемещают вверх и вниз, чтобы обеспечить равномерное измельчение грундруга 3-5 длин волн основной частоты, излучаемой в массив, определяют поле напряжений и главные векторы максимального и минимального главных напряжений в массиве , размещают в скважинах виброисточники , ориентируют оси источников з направлении действия максимального главного напряжения и заполняют скважины упруго-вязким телом. Затем в основании промышленного объекта бурят скважины в шахматном порядке с шагом 3-5 м на глубину , более чем втрое превышающую глубину заложения основания в массиве горных пород , приводят массив в возбужденное состояние в диапазоне 60-1500 Гц в совокупности с нагнетанием в породы разупрочняющих растворов и вибровоздействия осуществляют в течение времени, при котором деформации сжатия сменят деформации растяжения. После этого переходят на частоту собственных колебаний горного массива и нагнетают в грунт скрепляющие растворы, что позволит по сравнению с имеющимися классическими способами значительно повысить эффективность способа и увеличить производительность труда. 11 з,п:ф-лы, 2 ил. та, после чего также через сопло производят нагнетание в скважину цементной суспензии . Известный способ трудоемок, нетехнологичен , не позволяет управлять состоянием и свойствами грунтов на нужную глубину и эффективно инжектировать скрепляющие растворы в глубину массива для повышения прочности основания объекта. Известен также способ крепления горных выработок, включающий бурение скважин на расстоянии 3-5 длин волн основной -s Ј VJ ю о о to ел со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 0 11/10

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

1 (21) 4733628/03 (22) 14.07,89 (46) 15.02,93. Бюл. ¹ 6 (75) А.В.Бакулин и В.Н,Бакулин (73) А.В.Бакулин (56) Первые опыты применения в ГДР упрочнения строительных грунтов нагнетанием цементных растворов с предварительным гидравлическим рыхлением грунта.

Авторское свидетельство СССР

% 1587199, кл. Е 21 D 11/10, опублик. 1990. (54) СПОСОБ БЕТОНИРОВАНИЯ ОСН.ОВАНИЙ ДЛЯ ПРОМЪ|ШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

И АЭС (57) Использование: изобретение относится к различным видам дорожного, гидротехнического, подземного строительства, механике горных пород и может быть использовано для повышения прочности сцепления оснований промышленных объектов и АЭС с породами и грунтами массива. Изобретение м.б. использовано для повышения эффективности бетонирования. Увеличения прочности основания для промышленных объектов и АЭС за счет более прочного сцеПления бетона с:-рунтом. Согласно способу бурят скважины на удалении друг от

Изобретение относится к различным видам дорожного, гидротехнического и подземного строительства и может быть использовано для инжектирования скрепляющйх растворов породы и грунты массива для повышения их прочности.

Известен способ упрочнения строительных грунтов, включающий бурение скважин в грунте, подачу в них через трубы струй воды, разрушение грунта. Сопла со струей перемещают вверх и вниз, чтобы обеспечить равномерное измельчение грун. Ж, 1796025A3 д руга 3-5 длин волн основной частоты, излучаемой в массив, определяют поле напряжений и главные векторы максимального и минимального главных напряжений в массиве, размещают в скважинах виброисточники, ориентируют оси источников в направлении действия максимального главного напряжения и заполняют скважины упруго-вязким телом. Затем в основании промышленного объекта бурят скважины в шахматном порядке с шагом 3-5 м на глубину, более чем втрое превышающую глубину заложения основания в массиве горных пород, приводят массив в возбужденное состояние в диапазоне 60 — 1500 Гц в совокупности с нагнетанием в породы разупрочняющих растворов и вибровоздействия осуществляют в течение времени, при котором деформации сжатия сменят деформации растяжения; После этого переходят на частоту собственных колебаний горного массива и нагнетают в грунт скрепляющие растворы; что позволит по сравнению с имеющимися классическими способами значи- а тельно повысить эффективность способа и увеличить производительность труда. 11 з.п:ф-лы, 2 ил., О (З

Ьд та, после чего также через сопло производят . Ql нагнетание в скважину цементной суспензии.

Известный способ трудоемок, нетехнологичен, не позволяет управлять состоянием и свойствами грунтов на нужную глубину и эффективно инжектировать скрепляющие растворы в глубину массива для повышения прочности основания объекта.

Известен также способ крепления горных выработок, включающий бурение скважин на расстоянии 3-6 длин волн основной

1796025 излучаемой частоты, определение векторов максимального и минимального главных напряжений в породном массиве, размещение в скважинах источников. колебаний, ориентирование осей источников в направлении действия максимального напряжения, возбуждения в массиве пород колебаний, размещенные в скважинах не взрывных пневматических источников и заполнение скважин упруго-вязким телом, нагнетание в породы скрепляющих растворов..

Известный способ не учитывает резонансные свойства грунтов и пород, трудоемок, длителен по времени и не позволяет управлять диапазоном частот возбуждаемых колебаний.

Цель изобретения — повышение эффективности бетонирования, увеличение прочности основания промышленных обьектов и

АЭС за счет более прочного сцепления бетона с грунтом.

Это достигаетсл тем, что в грунте основания в шэх« этном порядке с шагом 3 — 5 м скважины на глубину, не более чем втрое превышающу«о глубину заложения основания в массиве горных пород, приводят массив в колебательное состояние в диапазоне

60-1500 Гц, а затем переходят на частоту вибровоздействия, равную частоте собственных колебаний горного массива, а нагнетание в грунт упруговязкой среды производят с добавкой поверхностно-активных веществ, при этом вибровоздействие производят в течение времени, при котором деформации с>катия сменят деформации растяженил, после чего в скважииь« нагнетают скре««ляющие растворы.

С целью обеспечения гидроизоляции грунтов основания по контуру, ограничивающего основание, производят гидроразрыв и формирование и ротивофильтрацион н ых экранов путем введения в них гелеобразующего состава в виде раствора из поливинилового спирта и альдегида.

Гидроизоляцию основания со стороны земной коры и для предотвращения утечек на расстоянии 300 — 400 м от основания проходят выработку глубиной, превышающей не менее чем втрое глубину размещения основания в грунте, и из нее параллельно дневной поверхности бурят ряд скважин, в которые нагнетают под давлением сжиженный газ с расклинива«ощими агентами и производят гидроразрыв, а при формировании противофильтрационного экрана по всей площади основания нагнетают в него гелеобразующие растворы в совокупности с вибровоздействиями, причем направление вибровоздействия ориентируют в сторону простирания пробуренных для гидроразрыва скважин.

Длл гидроразрыва производят закачкой в скважину под давлением смеси кристаллической хлоруксусной кислоты в совокупности с измельченным магнием, причем хлоруксусную кислоту перед закачкой в скважину смешивают с крахмалом.

B противофильтрационные экраны на10 гнетают смесь полиэфирной смолы, ускорителя - нафтетэна кобальта, отвердителя раствора перекиси метилэтилкетона в дибутилфтэлат..

В скважины нагнетают смесь фенол"5 формальдегидной смолы марки СФЖ-3012 соляной кислоты, воды, мочевиноформальдегидной смолы марки "Крепитель-M". Bo время вибровоздействия измеряют напря>кенно-деформированно состояние окружа20 «ощих основание пород. Перед бетонированием вставляют в скважины, пробуренные в основании, арматуру. Для повышения прочности сцепления бетонa с грунтом основания заполняют его бетоном

25 и осуществляют вибровоздействия в диапазоне 60-1500 Гц в течение времени, при котором напряжения в бетоне достигнут не менее 0,5 от разрушающих. Перед нагнетанием скрепляющих растворов в грунт основания в рабочие жидкости добавляют 1« чистого кварцевого песка с размерами частиц 0,02 — 0,05 мм, Частоту вибровоздействия регулируют давлением столба упруго-вязкого-тела на источник, размещен35 ный в скважине, Нэ фиг. 1 и 3 представлена схема реализации способа, где 1 — основание, 2 — скважины для размещения виброисточников, 3— виброисточники, 4 — упруговязкое тело, 5—

40 компрессор высокого давления ЭК вЂ” 5 или

ЭУ-7, 6 — электронный пультуправления для синхронизации работы группы виброисточников, 7 — бетон.

Способ осуществляют следующим обра45 зом. С помощью датчиков давления горных пород, устанавливаемых в контрольную скважину, определяют поле напряжений и главные векторы 1 и 2 в породном массиве, где требуется вызвать колебания и привести

50 локальный участок массива в возбужденное состояние в выбранном диапазоне частот.

На удалении 3 — 5 длин волн основной частоты, излучаемой в массив 1, бурят скважины 2 диаметром ФЗОО-500 мм и глубиной

55 до коренных или скальных пород, размеща«от в скважинах 2 виброисточники в один рлд, причем направление их воздействия совпадает с направлением главного максимального напряжения в массиве 1, т.е. источники 3 устанавливают в плоскости заполняют упруговязким телом 4, в качестве которого используют кварцевый песок, щебень грунт и другие строительные мате- 10

35

50

55 проходящей через линию действия максимального главного напряжения.

Максимальный диаметр и глубину скважины 2 выбирают исходя иэ оптимальных условий возбуждения упругих волн на частотах 60 — 1500 Гц источниками 3, размещенными в скважине 2, и сверху источники риалы вперемешку с водой, причем акустическое сопротивление материала упруго— вязкого тела 4 подбирают таким образом, чтобы оно было примерно равным величине акустического сопротивления грунта в массиве, в который излучаются упругие колебания;

На частотах 60 — 1500 Гц имеет место максимальная "закачка" упругой энергии в грунт основания, составляющая 3-16 Д всей энергии, запасенной в источнике 3 от компрессора высокого давления ЭУ вЂ” 5 или ЗУ-7— от 60 до 300 атмосфер и выше. Глубина размещения источника 3 (обычно 7 — 12) оптимэльна величине давления, обеспечиваемого столбом материала упруговязкого тела 4, определена экспериментально в морской сейсморазведке на акваториях и для диапазона частот 60-1500 Гц составляет 7 — 12 атмосфер. Скважины 2 бурят нэ удалении друг от друга 3 — 5 длин волн основной частоты излучаемой в массив 1. Исходя из условий волнового подобия при скорости P-волн в грунте, равной 3000 м/с, на частоте 60 Гц длина волны равна =

= (3000 м/с)/(60 Гц) = 50 м и нэ частоте

1500 Гц= 2 м, т.е. на удалении 3 — 5 длин волн это составит. примерно 50-150 м, что в свою очередь обусловлено тем, что на таких удалениях поле упругих напряжений, генерируемое источником, распределено, равном" рно и его легко синхронизировать, Время воздействия на горный массив— время синхронной работы группы виброисточников зависит от обводненности массива горных пород и геомеханических условий их залегания — горного давления и регулируется посредством электронного пульта управления 6.

Выбор диапазона частот 60-1500 Гц обусловлен структурными особенностями грунтов и горных пород, слагающих основание 1,.т.е, размеры неоднородностей в основании составляют 2-50 м. При скорости

P-волн в грунтах равной 3000 м/с на частотах: 60 Гц длина волны = 50 м, 1500 Гц — 2 м, Исходя иэ условий волнового подобия, волна лишь тогда взаимодействует с встречающейся на ее пути неоднородностью, если ее размеры соизмеримы с размерами

25 э|ой не лнородности, т.е, лая приведения локального участка массив; 1 основания в возбужденное состояние необходимо "работать" в диапазоне частот 60-1500 Гц.

Погле приведения основания 1 в возбужденное состояние переходят на частоту вибровозбуждения, равную собственной частоте колебаний грунтов — около 200 Гц, и нагнетают в грунт разупрочняющие растворы с добавкой 1-5 ь ПАВ для повышения проницаемости и увеличения гидро- и аэродинамических связей массива. ПАВ выполнят работу сил расширения - делает поры и трещины грунта и пород сообщающй1мися.

Вибровоздействия производят в течение времени, при котором деформации сжатия сменят деформации растяжения, что соответствует оптимальной проницаемости грунтов.

Работу группы виброисточников контролируют геомеханическими методами исследований, а именно методом разгрузки с использованием тензодатчиков, сейсмическим методом, методами с использованием сейсмоакустической или электромагнитной эмиссии.

Для повышения проницаемости грунтов и пород во время вибровоздействия нагнетают в технологические растворы до 17, чистого кварцевого песка в качества расклинивающих агентов. Частоты песка с размерами 0,02 — 0,05 мм, распространяясь с рабочими растворами, попадают в пары и трещины пород и грунта и не дают им закрыться, что повышает проницаемость пород и грунта, и кроме того, служит новыми концентраторами напряжений. Для предотвращения утечки растворов в грунт или подземные воды участок основания гидроизолируют от окружающей среды, для чего по контуру основания осуществляют. гидроразрыв нагнетанием в скважины жидкости посредством импульсного гидроразрыва в совокупности с вибровоздействиями в широком диапазоне частот 60 — 1500

Гц, причем при достижении в грунтах оптимальной проницаемости переходят на час- " тоту вибровоздействия, равную частоте нагнетания жидкости в скважину гидроразрыва, что уменьшает нэ порядок время проведения гидроразрыва, снижает до 40 прочность грунта и пород на разрыв до 800 j увеличивает площадь гидрораэрыва - магистральной трещины, В качестве гидроиэолирующих растворов используют:

1796025 а) водный раствор из попивинилового спирта и альдегидэ б) смесь полиэфирной смолы, ускорителя — нафтената кобальта и отвердителя раствора перекиси метилэтилкетона в дибутилфталате.

В качестве тампонажных растворов используют а) смесь фенолформальдегидной смолы, модифицированной полиэтиленгликолем

70 -ного водного раствора бензолсупьфокислоты, карбонатэ натрия и ПАВ ОП-7. б) смесь фенолформальдегидной смолы марки СФК вЂ” 3012, соляной кислоты воды и мочевиноформальдегидной смолы марки

"Крепитель-М";

Для повышения эффективности гидро-. разрыва перед гидроразрывом нагнетают в скважину под давлением смесь кристаллической хлоруксусной кислоты в совокупности с измельченным магнием, причем хлоруксусную кислоту смешивают с крахмалом.

Для увеличения прочности грунтов s основании объекта в нагнетательные скважины.вставляют анкера и через них в грунт нагнетают скрепляющие растворы, причем для получения основания, имеющего свойства монолитности с массивами пород, которым заполняют — основание, подвергают воздействию мощных вибрационных нагрузок в диапазоне 60 — 1500 Гц, при этом бетон разжижается. его вязкость под воздействием вибраций снижается и он приобретает свойства текучести, то есть эффективно и быстро — до затвердевания — заполнят поры и трещины в основании объекта и между анкерами и грунт основания и бетонное основание работают как единое целое; причем вибровоздействия при бетонировании осуществляют в течение времени, при котором прочность бетона не достигнет величины, равной 0,5 от нормативной"для данной марки бетона.

Для гидроизоляции основании со стороны земной коры и предотвращения возможных утечек флюидов в грунт основания на удалении 300 — 400 м от основания проходят выработку глубиной. превышающей не менее чем втрое глубину размещения основания в грунте и из нее параллельно дневной поверхности бурят ряд скважин, в которые нагнетают под давлением сжиженный газ с расклинивающими агентами и осуществляют гидроразрыв, а при формировании противофильтрационного экрана по всей площади основания нагнетают в него гелеобразующие растворы в совокупности с вибровоздействиями, причем направление вибровоздействия ориентирует в сторону простирания пробуренных дпя проведения гидроразрыва скважин.

Таким образом, грунт основания и само бетонное основание подвергают воздействию всех видов сжимающих и растягивающих вибрационных нагрузок в широком диапазоне частот, что способствует как увеличению проницаемости пород и грунта основания при нагнетании в них раэупрочняющих растворов, так и более полному заполнению пор и трещин скрепляющими растворами и соответственно увеличение их прочности увеличение их прочности, снижает стоимость работ и увеличивает безремонтный срок службы оснований

1.5 под воздействием мощных вибрационных нагрузок на пути распространения колеба20 воздействующие на флюиды — жидкости и газы, содержащиеся в порах и трещинах массива основания, как тектонический на25 миграционным геоэффектом. Он имеет влебых диапазойах частот — герцы, кГц, МГц и

30 рочнения, так и упрочнения грунтов и пород с использованием упругих колебаний в выбранном диапазоне частот. Проницаемость грунтов при обычных условиях состацдяет

35 ях в диапазоне 60-1500 Гц составляет 0,97,8 МДарси. Миграция флюидов в порах и трещинах основания сопровождается; — перераспределением поля упругих на40 волны; — частичной дегазацией грунтов и пород — истечением газов из пор и трещин, т.е, изменяются прочностные свойства грунтов

50 ют s грунт массива, и при бетонировании прочность основания грунта и бетонного основания, работающих после виброобработr промышленных сооружений и АЭС.

Сущность способа состоит в том, что ний возникают волны сжатия и растяжения, сос и способствующий их миграции — распространению во много раэ быстрее (на несколько порядков), чем в отсутствие упругой волны. Это явление называют упругим пряжений на пути распространения упругой и пород за счет изменения порового давления при миграции флюидов, что в свою очередь влечет изменения прочностных свойств пород, окружающих эти поры и трещины. При нагнетании в совокупности с вибровоздействиями разупрочняющих растворов с раскпинивающими агентами повышается проницаемость пород и грунтов и в них затем "легче" закачать скрепляющие растворы, которые более глубоко проника55 вибрационные нагрузки позволяют управлять состоянием и свойствами бетона — его вязкостью, что в свою очередь увеличивает

1796025

20

30

55 ки в выбранном диапазоне частот, как единое целое. Прочность пород и грунтов после нагнетания в них укрепляющих растворов повышается на 30 — 60, что проверено методом гидрораэрыва до и после виброобработки.

Преимущества способа заключаются в том, что размещение источников позволяет возбуждать упругие колебания в выбранном диапазоне частот при неизменных контактных условиях в режиме накопления; свести поле упругих напряжений в массиве основания к равномерному; улучшить гидро- и аэродинамические связи массива и повысить его проницаемость, Формула изобретения

1. Способ бетонирования оснований для промышленных объектов и АЭС, включающий бурение скважин на расстоянии 3—

5 длин волн основной излучаемой частоты, определение векторов максимального и минимального главных напряжений в породном массиве; размещение в скважинах источников к о лебаний, ориентирование осей источников в направлении действия максимального напряжения, возбуждения в массиве пород колебаний; ориентирование осей источников в направлении действия максимального напряжения, возбуждения в массиве пород колебаний; размещение в скважинах невзрывных пневматических источников и заполнение скважин упруговязкойсреды, отл ича ю щи йс я тем,что, с целью повышения эффективности бетонирования, увеличения прочности основания для промышленных объектов и АЭС за счет более прочного сцепления бетона с грунтом, в грунте основания бурят в шахматном порядке с шагом 3-5 м скважины на глубину, не более чем втрое превышающую глубину заложения основания в массиве горных пород, приводят массив в колебательное состояние в диапазоне 60-1500 Гц, а затем переходят на частоту вибровоздействия, равную частоте собственных колебаний горного массива, а нагнетание в грунт основания упруговяэкой среды производят с добавкой поверхностно-активных веществ, при этом вибровоздействие производят в течение времени, при котором деформации сжатия сменят деформации растяжения, после чего в скважины нагнетают скрепляющие растворы.

2. Способ и. 1, отл ич а ю щи йся тем, что с целью обеспе ения гидроизоляции грунтов основания по контуру, ограничивауправлять с;;сгоянием и свойствами бетона и других скрепляющих растворов при инжектировании их в массива; повысить эффективность способа и снизить энергоемкость процесса, увеличить безремонтный срок службы основания объекта.

Использование изобретения позволяет значительно сократить сроки бетонирования и увеличить безремонтный срок службы основания объекта, повысить прочность сцепления грунтов и пород основания с бетоном по сравнению с имеющимися классическими способами бетонирования. ющему основание, производят гидрораэрыв и формирование протиэофильтрационных экранов путем введения в них гелеобразующего состава в виде водного раствора иэ поливинилового спирта и альдегида, 3. Способ по и. 2, отличающийся тем, что гидроизоляцию основания со стороны земной коры и для предотвращения возможных утечек на расстоянии 300 — 400 м от основания проходят выработку глубиной, превышающей не менее чем втрое глубину размещения основания в грунте, и из нее параллельно дневной поверхности бурят ряд скважин, в которые нагнетают под давлением сжиженный газ с расклинивающими агентами и производят гидроразрыв, а при формировании противофильтрационного экрана по всей площади основания нагнетают в него гелеобразующие растворы в совокупности с вибровоэдействиями, причем направление вибровоэдействия ориентируют в сторону простирания пробуренных для проведения гидрораэрыва скважин.

4, Способ по п.1, отл и ча ю щи йс я тем, что для гидроразрыва производят закачкой в скважину под давлением смеси кристаллической хлоруксусной кислоты в совокупности с измельченным магнием, причем хлоруксусную кислоту перед закачкой в скважину смешивают с крахмалом.

5. Способ по и, 1, отличающийся тем, что в противофильтрационные экраны нагнетают смесь полиэфирной смолы, ускорителя нафтената кобальта, отвердителя раствора перекиси метилэтилкетона в дибутилфталате.

6. Способ по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что в скважины в качестве тампонажного раствора нагнетают смесь фенолформальдегидной смолы, модифицированной полиэтиленгликолем, 70%-ного водного

1796025

12 раствора бензолсульфокислоты, кэрбонэтэ натрия и ПАВ ОП-7, 7, Способ поп.1,отличэ ющийся тем, что в скважины нагнетают смесь феHoëôîðìàëüäåãèäíîé смолы марки

СФЖ вЂ” 3012, соляной кислоты, воды, мочевиноформальдегидной смолы марки "Крепитель — М".

8. Способ по и. 1, отличающийся тем, что во время вибровоздействия измеряют напряженно-деформированное состояние окружающих основание пород.

9. Способ поп.1,отличающийся тем, что перед бетонированием в скважины, пробуренные в основании, устанавливают арматуру.

10. Сггособ по и. 1, о т л и ч э е шийся тем, что для повышения прочности сцепления бетона с грунтом основания заполняют его бетоном и осуществляют вибровоздей5 ствие в диапазоне 60-1500 Гц, причем вибровоздействие осуществляют B течение времени, при котором напряжения в бетоне достигнут не менее 0,5 от разрушающих.

11. Способ по и. 1, о т л и ч а ю.шийся

10 тем, что нагнетанием скрепляющих растворов в грунт основания в рабочие жидкости добавляют 1 / чистого кварцевого песка с размерами частиц от 0,02 до 0,5 мм.

12, Способ по и. 1, о тл и ч а ю щи и с я

15 тем, что частоту вибровоздействия регулируют давлением столба упруговязкого тела на источник, размещенный в скважине.

1796025

Составитель А.Берукина

Техред M.Moðãåíòàë Корректор C.Ïàòðóøåâà

Редактор

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

Заказ 444 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5