Способ возведения сейсмостойких сооружений

 

Сущность изобретения: при возведении сейсмостойких сооружений разрабатывают котлован, разупрочняют грунт, затем упрочняют грунт, выполняют фундамент и возводят надфундаментную конструкцию. Разупрочнение грунта осуществляют колебаниями частотой 60 - 1500 Гц до снижения несущей способности грунта на 20 - 60%, причем одновременно с колебаниями в грунт нагнетают разупрочняющие растворы. При упрочнении грунта осуществляют колебания грунта с частотой, равной собственной частоте колебаний грунта, и одновременно нагнетают в грунт закрепляющие растворы Вибровоздействия на грунт производят посредстт вом невзрывных сейсмических источников, размещенных в скважине по центру котлована. При выполнении фундамента производят виброподачу бетонного раствора в котлован. Фундамент выполняют с частотой собственных колебаний, составляющей 1,6 - 4,0 резонансной частоты колебаний грунта , а все сооружение - 0,6 - 3.3 резонансной частоты колебаний грунта 7 зяф-лы, 2 ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5031886/33 (22) 13.01.92 (46) 30.12.93 Бюл. Ия 47-48 (75) Бакулин В.Н„ Бакулин АВ. (73) Бакулин Виктор Николаевич (54) СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ СЕЙСМОСТОЙКИХ

СООРУЖЕНИЙ (57) Сущность изобретения: при возведении сейсмостойких сооружений разрабатывают котлован, разупрочняют грунт, затем упрочняют грунт, выполняют фундамент и возводят надфундаментную конструкцию. Разупрочнение грунта осуществляют колебаниями частотой 60 — 1500 Гц до снижения несущей способности грунта на 20 — 60%, причем

)))) ЕЫ )и) 2 OS)36 С) (51) 5 E02D27 34 ЕО4Н9 02 одновременно с колебаниями в грунт нагнетают разупрочняющие растворы При упрочнении грунта осуществляют колебания грунта с частотой, равной собственной частоте колебаний грунта, и одновре- менно нагнетают в грунт закрепляющие растворы

Вибровоздействия на грунт производят посредст-, вом невзрывных сейсмических источников, размещенных в скважине по центру котлована. При выполнении фундамента производят виброподачу бетонного раствора а котлован. Фундамент выполняют с частотой собственных колебаний, составляющей 16 - 40 резонансной частоты колебаний грунта, а все сооружение — 0,6 — 3,3 резонансной частоты колебаний грунта 7 злф-лы, 2 ип.

2005130

Изобретение относится к Ьбласти строительства и может быть использовано для возведения сейсмостойких сооружений с использованием упругого миграционного геоэффекта и кавитации во флюидосодержащих грунтах и породах оснований и сооружений, подверженных сейсмическим воздействием.

Известно основание зданий, сооружений, состоящее в плане иэ участков различных жесткостей, отличающееся тем, что. с целью повышения эксплуатационной надежности при сейсмических воздействиях

ОТНОШЕНИЕ En/Ул К Ел+1/Ул+1 МатЕрИаЛОВ смежных участков определяют из условий

Ел . Е n + 1 < 0 54, n Ул+1

Y n+1 Y n+1

Гдв Еп, En+1 — МОдуЛИ дЕфОрМацИИ МатЕрИалов смежных и и п+1 участков;

У, Ул+1 — их плотности (1).

Известное решение трудоемко, нетехнологично, не позволяет управлять состоянием и свойствами грунтов и пород и осуществлять выбор резонансных частот грунте, основания и сооружения с учетом сейсмических воздействий.

Известен способ возведений сейсмостойких сооружений, включающий разработку котлована, бурение в нем скважин, разуплотнение грунта и,роследующее его уплотнение путем вибрЬвоздействий на грунт и подачи через скважины материала, выполнение в котловане фундамента и возведейие надфундаментной конструкции (2).

Известный способ не позьеляет управлять состоянием и свойствами грунта и пород оснований и сооружений, не использует в своем арсенале упругий миграционный геаэффект и кавитацик) и не позволяет осуществлять выбор резонансных часют грунта и сооружения с учетом сейсмических нагрузок.

Цель изобретения — повышение эксплуатационной надежности при сейсмических воздействиях.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу разупрочнение грунта осуществляют созданием а нем посредством размещенных в скважинах виброисточников нарастающих по амплитуде колебаний до снижения несущей способности грунта на 20-60 и в диапазоне 60-1500

50 составляющей 0,5 проектной или нормативной ее величины.

Осуществляют неразрушающий контроль грунта на частотах 60-1500 Гц, фундамента на частотах 1500 — 3000 Гц и сооружения на частотах 2000-3000 Гц, Перед подачей бетонного раствора на дне котлована размещают слои геотекстиля.

На фиг,1 приведена схема реализации способа: где 1 — грунтовой массив; 2 — скважина глубиной до коренных или скальных

Гц с уровнем напряжений в знакопеременной упругой волне, равным 0,3-0.5 несущей способности грунта, а при упрочнении грунта вибровоздействия и подачу материала производят одновременно, причем, вибровоздействия осуществляют с частотой, равной собственной частоте колебаний грунта, подачу материала осуществляют путем на10 гнетания закрепляющего раствора, фундамент создают с собственной частотой колебаний, осуществляющей 1,6-4.0 резонансной частоты колебаний грунта, Резонансную частоту грунта определя15 ют посредством размещенного в пробуренной до коренных или скальных пород скважине невзрывного сейсмического устройства колебаний с нарастающей через 1

Гц амплитудой от 10 до 1500 Гц, регистрации сейсмических колебаний грунта, определения их спектров и выявления распределения частот и соответствующих им энергий.

Невзрывной сейсмический источник образуют из обсадной трубы с покрытием, со держащим редкоземельный элемент, и соединенных с трубой электродов, а колебания грунта создают подачей на электроды напряжения, причем параметры колебаний регулируют путем регулирования величины напряжения и частоты его подачи, Сооружения выполняют с собственной частотой колебаний, составляющей 0,6-3,2

35 резонансной частоты колебаний грунта, При раэупрочнении грунта одновременно с колебаниями в грунт нагнетают разупрочняющие растворы поверхностно-активных веществ или гидооокиси натрия или гидроокиси

40 натрия с метанолом, нагретые до температуры выше 80 С.

При выполнении фундамента в скважинах и котловане размещают арматуру и осуществляют виброподачу бетонного раствора

45 с частотой его собственных колебаний, а после заполнения котлована воздействуют на раствор колебаниями с частотой, равной частоте собственных колебаний грунта до достижения раствором прочности, 2005130 пород; 3 — обсадная труба с нанесенным на нее слоем редкоземельного элемента 4. обладающего гигантской магнитострикцйей; 5 — источник напряжения, 6 — электронный пульт управления (блок согласования), 7— микропроцессор (миниЭВМ); на фиг.2 — сечение А-А скважины 2, обсадной трубы 3 и нанесенного на нее слоя редкоземельного элемента 4.

Способ осуществляют следующим образом.

В грунтовом массиве 1 создают котлован для фундамента, в нем в шахматной порядке с шагом 10-12м бурят скважины 2, в центральной скважины 2 размещают невэрывной сейсмический источник, представляющий собой обсадную трубу 3, на поверхность которой наносят слой редкоземельного элемента 4, которому подводят электроды и на который в свою очередь, подают возбуждающее напряжение от источника 5, и посредством электронного пульта 6 управления и микропроцессора 7 с заложенной в его память программой, управляют параметрами упругих волн, возбуждаемыми в массиве, для.чего изменяют величину возбуждающего напряжения и его частоту и управляют параметрами упругих волн в диапазоне от 10 до 30 000 Гц.

Для определения резонансных частот грунта воЗбуждают в массиве упругие колебания в диапазоне от 10 до f500 Гц, регистрируют их, определяют спектры этих колебаний и соответствующие им энергии и с учетом полученной информации выявляют резонансные частоты грунта и пород, на которых возможны разрушения зданий, сооружений и АЭС при сейсмических воздействиях.

Перед созданием фундамента роют в массиве 1 котлован, бурят в нем скважины

2, нагнетают в них ПАВ, гидроокись натрия или гидроокись натрия с метанолом, нагретые до 80 С, в совокупности с вибровоздействиями в диапазоне от 60 до 1500 Гц вибровоэдействия производят в течение времени, при котором несущая способность грунта не снизится на 20-60 по сравнению с первоначальной, что соответствует оптимальной проницаемости грунтсвого массива и увеличению гидро- и аэродинами*ческих связей в нем, после чего переходят на частоту вибровоздействия равную частоте собственных колебаний грунта, и нагнетают в скважины 2 пробуренные до коренных или скальных пород скрепляющие растворы, которые в свою очередь, проникая в поры и трещины грунта, создают более прочное сцепление грунта во всем объеме котлована фундамента, и прочность грунта повышается от 10 до 60, что проверено методом гидроразрыва до и после вибровсздействия.

Затем на поверхность основания фундамента помещают геотекстиль в несколько слоев, который предохраняет фундамент и строящееся на нем здание, сооружение или

10 АЭС от воздействия грунтовых вод и пред-. отвращает утечку, например, зараженных радионуклидами флюидов под АЭС в окружающую среду.

После этого подают бетонный раствор в котлован, предварительно разместив в скважинах 2 и котловане арматуру,.причем, подачу раствора производят в совокупности с вибровоздействиями с частотой собственных колебаний бетона и уровнем напряжений в знакопеременной упругой волне, равной 0,2 — 0,3 от разрушающих, что позволяет раствору в считанные минуты или часы в зависимости от его обьема и размеров котлована фундамента раствору приобрести форму котлована. Вибровоэдействия осуществляют затем с частотой колебаний, равной собственной частоте грунта, и производят их в течение времени, при котором прочность раствора достигнет 0,5 от нормативной или проектной величины. В том случае, если размеры котлована фундамента значительны — более 100 м, подачу раствора осуществляют посекционно.

35 Дс, во время и после вибровоздействия осуществляют неразрушающий контроль: вначале определяют напряженно-деформированное состояние и "несущую способность грунтового массива в месте размещения фундамента на частотах 60—

1500 Гц, для чего используют виброисточники в виде обсадной трубы 3 с нанесенным на нее слоем редкоземельного элемента типа

PFez; МЕег, ТьРе2, HoFez, ВгГе2, ТмРе2, об45 ладающих гигантской магнитострикцией, в которых под воздействием возбуждающего напряжения от источника 5 напряжения наводится электромагнитная волна, до 50g, энергии которой переходит в упругие колебания, причем изменяя частоту и величину возбуждающего напряжения, управляют параметрами упругих волн в широком диапазоне частот от 10 до 30 000 Гц. Возбуждая упругие сейсмические колебания в выбранном диапазоне частот 60-1500 Гц, регистрируют их на поверхности грунта, строят в изолиниях скоростей продольных или сдвиговых волн карты распределения поля напряжений и изменения, например, модуля

2005130 упругости среды с глубиной. Аналогичным образом осуществляют нераэрушающий контроль за состоянием фундамента, возбуждая колебания в диапазоне 1500-2000

Гц или самого здания, сооружения или АЭС, . возбуждая колебания в диапазоне 2000300000 Гц, причем выбор диапазона частот зависит от размеров контролируемой детали, части здания или сооружения. например, при размерах детали 20 м необходимо соблюсти условия волнового подобия — соотношения размеров длины волны и размеров детали, то есть длина волны на частотах на частоте 2000 Гц — длина волны -(3000 м/e)/(2000 Гц)-1,5 м на частоте 30000 Гц— длина волны-(3000 и/с)/(30 000 Гц)-0,1 м при скорости Р волн в детали, равной 3000 м/с, Распространение упругой волны без заметного затухания от источника колебаний до места ее приема в детали составляет 1015 длин волн, то есть эффективный неразрушающий контроль осуществляют на базах— на частоте 2000 Гц это составляет 15-22 м и на частотах 30 000 Гц 1,5-2,2 м, то есть выбор диапазона частот зависит от соотношения длины волны и размеров контролиру.емой детали, Для экранирования водоносного слоя грунта от фундамента и здания, сооружения или АЭС. размещают в основании котлована геотекстиль, который устойчив к воздействию кислот и гниения и предотвращает поглощение материалом фундамента и самим зданием влаги из почвы, что предохраняет материалы, иэ которых они выполнены, от старения, преждевременного разрушения и продляет безремонтный срок их службы, Таким образом, при создании строящихся зданий, сооружений или АЭС на вибростенде определяют собственные частоты отдельных деталей и несущих конструкций экспериментально, определяют резонансные частоты строящихся зданий и сооружений и выбирают их из условия, чтобы они отличались от 60 до 320 от резонансных свойств грунта с таким условием, чтобы избежать негативных динамических проявлений сейсмических нагрузок при землетрясениях.

Размещение виброисточников и последующее возбуждение широкого диапазона частот в зависимости от назначения и целей решаемых задач позволяет не только укрепить грунт в основании фундамента и получить более прочное сцепление фундамента с грунтовым массивом и осуществить неразрушающий контроль грунтового массива, фундамента и здания в процессе их эксплуатации, но и значительно снизить риск разрушения их при землетрясениях и повысить их несущую способность по сравнению с

5 традиционными способами.

Преимущества способа состоят в том, что размещение виброисточников в котловане фундамента позволяет; возбуждать сейсмические и усругие колебания в вы10 бранном диапазоне частот при неизменных контактных условиях в режиме накопления и "закачать" в грунт необходимую упругую энергию для управления состоянием и свой ствами грунтового массива; повысить несущую способность грунта и основания фундамента; выбрать резонансные частоты здания, сооружения или АЭС с учетом резонансных частот грунта основания и тем самым избежать негативных динамических проявлений при землетрясениях; повысить срок службы фундамента, зданий за счет проведения неразрушающего контроля до, во время и после вибровоэдействий во вре25 мя их эксплуатации, . Сущность изобретения состоит.в том, что при распространении упругой волны на ее пути возникают волны сжатия и растяжения, способствующие перемещению — миг30 рации флюидов, имеющихся в порах и трещинах грунта или твердых тел, конструкций, вследствие чего резко изменяется поровое давление и, как правило, изменяются прочностные свойства грунта, окружающих

35 эти поры и трещины, то есть упругая волна действует как тектонический насос и способствует увеличению миграции флюидов на несколько порядков быстрее, чем в отсутствие упругой волны. Эти явления сопро40 вождаются перераспределением поля упругих напряжений на пути распространения мощных вибрационных нагрузок; частичным источником газов из пор и трещин, то есть дегаэацией локального участка грун45 та, подверженного вибровоэдействиям; кавитацией при определенных начальных и граничных условиях.

Если на пути распространения упругой волны встречаются участки нагретых пород свыше 30 С, тр резко увеличивается проницаемость грунта на пути потоков флюидов, и при этом кавитирующие потоки флюидов

"сьедают" перегородки между порами и тре55 щинами и делают их сообщающимися, что с одной стороны повышает проницаемость массива, а с другой — снижает его несущую способность до 60ф, по сравнению с первоначальной, дает воэможность нагнетать в массив скрепляющие растворы и более по10

2005130

10

Формула изобретения

1. СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ СЕЙСМО СТОЙКИХ СООРУЖЕНИЙ, включающий разработку котлована, бурение в нем скважин, разупрочнение грунта и последующее его упрочнение путем вибровоздействий на грунт и подачи через скважины материала, выполнение в котловане фундамента и возведение надфундаментной конструкц йи, отличающийся тем, что разуплотнение грунта осуществляют созданием в нем посредством размещенных в скважинах виброисточников нарастающих Ао амплитуде колебаний до снижения несущей способности грунта на 20 - 60;, и в диапазоне 60

- 1500 Гц с уровнем напряжений в энакопеременной упругой волне, равным 0,30.5 несущей способности грунта, а при упрочнении грунта вибровоздействия и подачу материала производят одновременно, причем вибровоздействия осуществляют с частотой, равной собственной частоте ко-. лебаний грунта, подачу материала осуществляют путем нагнетания закрепляющего раствора и фундамент создают с собственной частотой колебаний, составляющей 1 6

- 4,0 резонансной частоты колебаний грунта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что резонансную частоту грунта определя ют путем возбуждения посредством размещенного в пробуренной до коренных или скальных пород скважине невэрывного сейсмического устройства колебаний с нарастающей через 1 Гц амплитудой от 10 до

1500 Гц, регистрации сейсмических колебаний грунта, определения их спектров и выявления распределения частот и соответствующих им энергий, 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что невзрывной сейсмический источник образуют иэ обсадной трубы с покрытием, содержащим редкоземельный элемент, и соединенных с трубой электродов, а колебания грунта создают подачей на электроды напряжения, причем параметры

20 колебаний регулируют путем регулирования величины напряжения и частоты его подачи, 4. Способ по и. f, отличающийся тем, что сооружение выполняют с собственной

25 частотой колебаний, составляющей 0,63,2 резонансной частоты колебаний грунта.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при разупрочнении грунта одновременно с колебаниями в грунт Нагнетают разупрочняющие растворы поверхностноактивных веществ, или гидроокиси натрия,,или гидроокиси натрия с метанолом, нагретые до температуры выше 80 С.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что при выполнении фундамента в скважийах и котловане размещают арматуру и осуществляют виброподачу бетонного рас40 твора с частотой его собственных колебаний, а после заполнения котлована воздействуют на раствор колебаниями с частотой, равной частоте собственных колебаний грунта, до достижения раствором

45 прочности, составляющей 0.5 проектной или нормативной ее величины.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют нераэрушающий контроль грунта на частотах 60 - 1500 Гц, фун50 дамента - на частотах 1500 — 2000 Гц и сооружения - на частотах 2600 - 30000 Гц.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед подачей бетонного раствора на дне котлована размещают слои геотекстиля. лно заполнить пустоты и трещины и получить более полное сцепление фундамента с массивом, повысить его несущую способность.

Использование предлагаемого изобретения позволит избежать негативных динамических проявлений при землетрясениях и снизить риск разрушения зданий и сооружений и в особенности АЭС от сейсмических нагрузок за счет разноса резонансных частот грунта и сооружений, повысить срок их службы по сравнению с имеющимися классическими способами. Ожидаемый экономический эффект от внедрения заявляемого способа составляет 156 т, руб. в год. (56) Авторское свидетельство СССР

М 1191524, кл. Е 02 D 27/34, 1983.

Авторское свидетельство СССР

hh 1506028, кл. Е 02 0 27/34, 1987.

Редактор С.Кулакова

Заказ 3423

Тираж Подписное

НПО "Пойск" Роспатента

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

Составитель В,Бакулин

Техред М.Моргентал

Корректор Н.Милк кова

Г!роизвгдственно издате ьс ий комбинат "Патент", г. у,. «, .;;