Способ изготовления буронабивной сваи

 

Сущность изобретения: в способе изготовления буронабивной сваи в окружающем массиве грунта возбуждают колебания в диапазоне от 60 до 1500 Гц в совокупности с нагнетанием разупрочняющих растворов, причем вибровоздействия осуществляют поэтапно: вначале в диапазоне 60-1500 Гц для приведения локального участка массива в возбужденное состояние, затем переходят на частоту, равную частоте собственных колебаний массива, и нагнетают в него разупрочняющие растворы и вибровоздействие производят в течение времени, при котором прочность грунта на разрыв снизится на 30- 60% по сравнению с первоначальной и затем вибровоздействия прекращают и нагнетают в массив через трубу твердеющий материал в совокупности с вибровоздействиями , частоту которых согласуют с частотой нагнетания твердеющего материала , причем вибровоздействия осуществляют в течение времени, при котором прочность твердеющего материала в массиве достигнет величины 0,5 от проектной или нормативной. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

(я)з Е 02 0 5/46

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

О

О

О

Г) Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4940597/ЗЗ (22) 03,06.91 (46) 07.09.93. Бюл, N 33-36 (75) Бакулин А.В., Бакулин В,Н, (73) Бакулин А.В. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ (57) Сущность изобретения: в способе изготовления буронабивной сваи в окружающем массиве грунта возбуждают колебания в диапазоне от 60 до 1500 Гц в совокупности с нагнетанием разупрочняющих растворов, причем вибровоэдействия осуществляют поэтапно: вначале 8 диапазоне 60-1500 Гц для приведения локального участка массива в возбужденное состояние, затем переходят

Изобретение относится к строительству

H может быть использовано для изготовления буронабивных свай с использованием упругого миграционного геоэффекта и эффекта кавитации в грунтах и породах при возбуждении в них упругих волн при высоких PT-параметрах в выбранном диапазоне частот.

Известен способ изготовления буронабивных свай, включающее трубопровод с наконечником и перфорированной частью и размещенный в последней излучатель колебаний, причем, оно снабжено гидротурбиной, смонтированной в трубопроводе над его перфорированной частью, а излучатель колебаний выполнен в виде размещенного в скважине дебалансного вибратора с хвоРЛ2 ь 2000388 С на частоту. равную частоте собственных колебаний массива, и нагнетают в него разупрочняющие растворы и вибровоздействие производят в течение времени, при котором прочность грунта на разрыв снизится на 30—

60 (, по сравнению с первоначальной и затем вибровоздействия прекращают и нагнетают в массив через трубу твердеющий материал в совокупности с вибровоздействиями, частоту которых согласуют с частотой нагнетания твердеющего материала. причем вибровоздействия осуществляют в течение времени, при котором прочность твердеющего материала в массиве достигнет величины 0,5 от проектной или нормативной. 5 з.п. ф-лы, 1 ил. стовиком. который при помощи эластичной муфты соединен с валом гидротурбины, причем, возбуждают колебания и нагнетают скрепляющие растворы в грунт (авт. св.

СССР N 687177, кл. Е 02 О 3/12, 1978).

Известный способ трудоемок, нетехнологичен, не позволяет осуществлять возбуждение колебаний в выбранном диапазоне частот для приведения локального участка грунта в возбужденное состояние и работы излучателя в резонансном режиме для эффективного нагнетания скрепляющих растворов в грунт вокруг скважины.

Известен также способ изготовления буронабивных свай, включающий размещенную в скважине перфорированную трубу, отверстия которой перекрыты

2000388 эластичными манжетами. и окружающий перфорированную трубу массив из закрепленного грунта, причем перфорированная труба снабжена цилиндрической оболочкой, установленной с зазором вокруг ее нижнего конца, причем зазор между верхним торцом цилиндрической оболочки и перфорированной трубой герметично закрыт, а нижние манжеты перфорированной трубы размещены внутри цилиндрической оболочки (авт. св. СССР, N. 806813, Е 02 0

5/46, 1979), Известный способ трудоемок, нетехнологичен, не позволяет управлять состоянием и свойствами грунта вокруг скважины и не использует для повышения эффективно. сти процесса и снижения его энергоемкости упругий миграционный геоэффект и эффекты кавитации.

Цель изобретения — расширение области применения способа за счет возможности получения эффекта как разупрочнения, так и эффекта упрочнения и снижения энергоемкости.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу возбуждают в грунтовом массиве колебания в диапазоне от 60 до

1500 Гц в совокупности с нагнетанием раз- упрочняющих растворов, причем, вибровоздействия осуществляют поэтапно: вначале в диапазоне 60 — 1500 Гц для приведения локального участка массива в возбужденное состояние; затем переходят на частоту равную частоте собственных колебаний массива и нагнетают в него разупрочняющие растворы и вибровоздействия производят в течение времени при котором прочность грунта на разрыв снизится на 30-60 no сравнению с первоначальной; и затем вибровоздействия прекращают и нагнетают в массив через перфорированную трубу скрепляющий раствор в совокупности с вибровоздействиями, частоту которых согласуют с частотой нагнетания раствора в скважину и вибровоздействия осуществляют в течение времени, при котором прочность раствора в массиве достигнет величины 0,5 от проектной или нормативной прочности.

Обсадную трубу армируют с внешней стороны слоем редкоземельного вещества, вставляют в него электроды, подают на него возбуждающее напряжение и возбуждают в окружающем скважину грунте упругие колебания. частоту которых изменяют изменением частоты и величины возбуждающего напряжения.

Скрепляющий раствор нагнетают в массив под давлением равным или больше величины разрушающих напряжений на разрыв грунта. Разупрочняющие растворы нагнетают в грунт при температуре 80 С и выше.

Для повышения гидро- и аэродинамических свойств грунтового массива возбуждают в нем колебания и инициируют кавитирующие процессы на пути распространения упругой волны, причем энергию ка10 витирующего пузырька, возникающего в зоне разрежения и схлопывающегося в зоне сжатия упругой волны, определяют из выражения: Е = л PoR 4/3, где Р— давление в з. порах и трещинах грунта в отсутствие упругой волны, кг/см; R — размер кавитирующе2. го пузырька, мм, Для повышения эффективности разупрочнения за счет повышения вероятности инициации кавитирующих процессов на пути распространения упругой волны добавляют в технологический раствор до 1 твердых включений с размерами 0,01 — 0,03 мм служащих зародышами кавитации.

По истечении срока службы сваи возбуждают упругие колебания в совокупности с нагнетанием в грунт вокруг сваи разупрочняющие растворов и вибровоздействия осуществляют в течение времени при котором прочность грунта вокруг сваи снизится на

30 20-40 g,, после чего переходят на частоту, колебаний равную частоте собственных колебаний сваи и вынимают ее из грунта.

Осуществляют контроль за состоянием сваи до, во время и после ее изготовления геомеханическими и геофизическими методами исследований.

На чертеже приведена схема реализации способа: где 1 — грунтовой массив, 2— скважина. 3 — обсадная труба. 4 — слой ре40 дкоземельного вещества нанесенного на трубу 5, источник возбуждающего напряжения, 6 — блок согласования, 7 — микропроцессор, 8 — гидроимпульсатор для нагнетания растворов, 9 — электроды.

45 Способ осуществляют следующим образом: в грунтовом массиве 1 бурят скважину

2 в месте размещения сваи, армируют ее обсадной трубой 3 с перфорацией, На об° садную трубу наносят слой редкоземельного вещества 4 с внешней стороны, подводят к нему электроды 9, подают через них возбуждающее напряжение от источника питания 5 и возбуждают в массиве 1 упругие колебания, параметрами которых управля55 ют изменяя частоту и величину возбуждающего напряжения с использованием блока согласования 6 и микропроцессора 7, в который заложена программа работы источника колебаний.

2000388

Вибровоздействия на грунт вокругскважины осуществляют в несколько этапов; вначале возбуждают колебания в диапазоне

60 — 1500 Гц в совокупности с нагнетанием разупрочняющих растворов — ПАВ, гидроокиси натрия или гидроокиси натрия с метанолом для приведения локального участка грунта в колебательное состояние и повышения проницаемости грунта. Затем переходят на частоту собственных колебаний массива и вибровоздействия производят в течение времени, при котором прочность грунта на разрыв снизится на 30-607, по сравнению с первоначальной, и затем переходят на частоту вибровоэдействия, равную частоте нагнетания скрепляющего раствора в скважину и вибровоздействия осуществляют в течение времени при котором прочность нагнетаемого раствора в грунте вокруг скважины достигнет величины 0,5 от проектной или нормативной.

Для прочных и малопористых грунтов нагнетают перед изготовлением буронабивной сваи в массив разупрочняющие растворы, нагретые до 80 С возбуждают в массиве мощные ультразвуковые колебания в диапазоне 1-10 кГц и инициируют на пути распространения упругой волны кавитирующие взрывы в зоне разрежения упругой волны, лричем, в зоне разрежения образуются гидроразрывы — мельчайшие пузырьки, заполненные паром и газом и схлопывающиеся в зоне сжатия упругой волны.

Для повышения вероятности возникновения кавитирующих взрывов на пути распространения упругой волны в нагретые растворы добавляют 17 твердых включений с размерами 0,01 — 0,03 мм, служащих инициаторами кавитации. Кавитирующие процессы повышают проницаемость грунта за счет того, что мощные потоки флюидов, возникающие в зоне кавитации, разрушают перегородки между порами и трещинами грунта и увеличивают гидро- и аэродинамические связи массива и снижают прочность грунта на разрыв на 20-60, что в свою очередь способствует более полному заполнению пор и трещин при нагнетании в массив скрепляющих растворов и увеличивают несущую способность сваи, Для диагностики состояния сваи до, во время и после ее изготовления периодические возбуждают упругие колебания в диапазоне 60-1500 Гц, регистрируют колебания, определяют скорости и затухание упругих волн и их спектры и по ним судят о состоянии и свойствах сваи и окружающего грунта и осуществляют контроль за состоянием сваи геофизическими или геомеханическими методами исследований, 5

55 например с использованием тензодатчиков наклеенных на тело сваи.

По истечении необходимого срока службы сваи вновь с помощью редкоземельного вещества, нанесенного на внешнюю поверхность обсадной трубы при изготовлении сваи, возбуждают упругие колебания и нагнетают в грунт вокруг сваи разупрочняющие растворы и вибровоздействия осуществляют в течение времени, при котором прочность грунта снизится на 20-40, после чего переходят на частоту колебаний, равную частоте собственных сваи.

Таким образом, при изготовлении сваи грунт вокруг нее подвергается широкому спектру сжимающих и растягивающих нагрузок на частотах 60 — 10000 Гц, вследствие чего достигается управление состоянием и свойствами грунта при нагнетании в грунт скрепляющего раствора и его проникновения в грунт на значительном удалении от ствола скважины от 1,0 до 5,0 м и более (в зависимости от времени вибровоздействия). что позволяет повысить производительность способа и снизить его энергоемкость, Сущность способа состоит в том, что под воздействием возможных вибрационных нагрузок в массиве возникают волны сжатия и растяжения, способствующие миграции флюидов-жидкостей и газов, содержащихся в порах и трещинах грунта на несколько порядков быстрее, чем в отсутст-. вие упругой волны. Миграция флюидов на пути распространения упругой волны сопровождается изменением порового давления. и как правило, изменением прочностных свойств грунта, окружающего эти поры и трещины, т.е. на пути распространения упругой волны имеют место перераспределение поля упругих напряжений, частичная дегаэация локального участка грунта, подвергаемого вибрациям и кавитирующие процессы, имеющие место в грунте при определенных начальных и граничных условиях.

Преимущества способа состоят в том, что возбуждение колебаний по предлагаемому способу позволяет осуществить: свести поле напряжений в массиве к равномерному и управлять состоянием и свойствами грунта в процессе изготовления сваи; возбуждать в массиве упругие колебания в выбранном диапазоне частот и закачать в массив упругую энергию в режиме накопления при неизменных контактных условиях: повысить проницаемость грунта и увеличить его гидро- и аэродинамические связи; повысить эффективность способа за счет снижения энергоемкости и увеличения

2000388

Е = л Рой х 4/3, несущей способности сваи за счет упрочнения грунта вокруг ствола скважины на удалении до 5,0 м; осуществлять диагностику сваи и массива: увеличить безвременный срок службы сваи.

Использование заявляемого изобретения позволит значительно снизить энергоемкость и увеличить производительность способа за счет использования упругого миграционного геоэффекта и эффекта кавитации по сравнению с имеющимися традиционными способами изготовления свай.

Формула изобретения

1. Способ изготовления буронабивной сваи, включающий размещение в скважине трубы с отверстием в стенках, перекрытыми эластичными манжетами, и наружной цилиндрической. оболочкой, установленной с герметично перекрытый сверху зазором вокруг нижнего конца трубы и расположением нижней манжеты трубы внутри цилиндрической оболочки, и последующую подачу твердеющего материала через полость трубы в окружающий массив грунта, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью расширения области применения способа за счет возможности получения эффекта как разупрочнения, так и эффекта упрочнения и снижения энергоемкости, возбуждают в окружающем массиве грунта колебания в диапазоне 60-1500 Гц в совокупности с нагнетанием разупрочняющих растворов. причем вибродействия осуществляют поэтапно: вначале в диапазоне 60-1500 Гц для приведения локального участка массива в, возбужденное состояние, затем переходят на частоту, равную частоте собственных колебаний массива, и нагнетают в него разупрочняющие растворы и вибродействие производят в течение времени, при котором прочность грунта на разрыв снизится на 3060 по сравнению с йервоначальной, и затем вибродействия прекращают и нагнетают в массив через трубу твердеющий материал в совокупности с вибровоздействиями, частоту которых согласуют с

45 частотой нагнетания твердеющего материала, причем вибровоздействия осуществляют в течение времени, при котором прочность твердеющего материала в массиве достигнет величины 0,5 от проектной или нормативной, 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при нагнетании твердеющего материала в нижнюю часть скважины добавляют редкоземельное вещество, обладающее повышенной магнитострикцией, вставляют в него электроды и подключают их к источнику возбуждающего импульсного напряжения и возбуждают в окружающем массиве грунта упругие колебания, частоту которых изменяют посредством изменения частоты и величины возбуждающего напряжения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что твердеющий материал нагнетают в массив грунта под давлением, равным или превышающим величину разрушающих напряжений на разрыв грунта, 4. Способ по и 1.,;отличающийся тем, что раэупрочняющие растворы нагнетают в грунт при температуре. не превышающей 80 С.

5. Способ по п.1,отл ичающийся тем, что колебания в массиве грунта возбуждают с созданием кавитирующего пузырька, возникающего в зоне разрежения и схлопывающегося в зоне сжатия упругой волны. энергию Е которой определяют зависимостью: где Ро — давление в порах и трещинах грунта в отсутствие волны, кг/см;

R — размер кавитирующего пузырька, мм.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют контроль эа состоянием сваи во время ее изготовления геомеханическими и геофизическими методами исследований.

2000388

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

Редактор

Заказ 3068

Составитель А. Бакулин

Техред М.Моргентал Корректор О. Густи

Тираж Подписное

НПО ": Поиск" Роспатента

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