СПОСОБ ОТКАЧИВАНИЯ ВОЗДУХА-НОСИТЕЛЯ ИЗ СМЕСИ СЖАТОГО ВОЗДУХА И СВЯЗУЮЩЕГО АГЕНТА
METHOD OF PUMPING OUT CARRIER AIR FROM MIXTURE OF COMPRESSED AIR AND BINDING AGENT

Настоящее изобретение относится к способу откачивания воздуха-носителя, содержащегося в связующем агенте, из смеси сжатого воздуха и связующего агента при стабилизации земляных масс, путем добавления связующего агента, причем в способе применяют устройство, содержащее средства для получения сжатого воздуха, емкость со связующим агентом, трубу для подачи смеси сжатого воздуха и связующего агента, и устройство для перемешивания связующего агента в земляных массах, а также согласно данному способу сжатый воздух, применяемый для перемещения связующего агента, при помощи следующих действий откачивают через отдельную выводящую трубу до того, как сжатый воздух достигает земляных масс: 1) связующий агент перемещают в емкость для хранения с выводящим отверстием для связующего агента, выходящим в грунт, и 2) давление в устройстве регулируют таким образом, чтобы давление в емкости для хранения превышало противодавление, создаваемое грунтом в выводящем отверстии, в результате чего связующий агент выводится из емкости для хранения через выводящее отверстие в грунт, и по меньшей мере часть воздуха контролируемым образом выводится из верхней части емкости для хранения через выводящую трубу.
Уровень техники
Обычно применяемые способы стабилизации могут быть разделены на два основных способа. В Японии широко применяется способ, в котором связующий агент, в основном цемент, смешанный с водой, подают в грунт. Связующий агент смешивают в больших емкостях и доставляют на рабочую площадку в форме, готовой для подачи в грунт. Такая система обеспечивает высокую точность дозирования связующего агента, поскольку подача жидкости может быть прекращена и начата без задержек, связанных с подачей воздуха. Емкости для подачи, также называемые емкостями атмосферного давления, содержат насосный агрегат, и, таким образом, технология является простой. Проблема данного мокрого способа заключается в его восприимчивости к внешним неполадкам, т.е. доставка связывающего агента должна быть точно рассчитана по времени, а также для того, чтобы твердеющий связующий агент не закупоривал устройства, в устройствах для перемешивания и подачи не должно быть серьезных неисправностей.
Другой основной способ представляет собой способ, разработанный в странах Северной Европы, в котором связующий агент доставляют на рабочую площадку в форме порошка и под давлением переносят в емкости для хранения, откуда в дальнейшем под давлением переносят в емкости для подачи. Давление в емкостях для хранения и перемещения обычно составляет 1-2 бар, а в емкостях для подачи 6-8 бар. В данном способе связующий агент подают и дозируют в сухом виде при помощи сжатого воздуха, что обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что к логистике поставок связующего агента предъявляются не очень строгие требования, поскольку связующий агент всегда содержится в емкостях для хранения на строительной площадке. Также связующий агент в форме порошка остается подходящим для применения в течение длительного времени, и, следовательно, внезапное прекращение работы не приведет к появлению проблем в работе устройств для подачи.
В обоих способах связующий агент подают и перемешивают в грунте при помощи смесительной головки, закрепленной на конце вращающейся трубы. Несколько таких вращающихся труб могут быть соединены в группу, в результате чего за один этап работ может быть образовано несколько опор. Вращающаяся труба, при помощи которой связующий агент подают на грунт, может быть круглой или многоугольной, обычно квадратной.
Поскольку при бурении вращается вся труба с закрепленной на конце смесительной головкой, при погружении большая часть крутящего момента уходит не на вращение смесительной головки и перемешивание грунта. Крутящий момент обычно передают трубе при помощи приводной цепи или зубчатой передачи, закрепленной на ее верхнем конце.
Во всех способах устройство для стабилизации опорами представляет собой большое и тяжелое устройство, перемещение которого от одной рабочей площадки до другой является длительным и дорогостоящим. Из-за своей массивности данное устройство является дорогостоящим с точки зрения инвестиционных затрат.
Преимущества и недостатки известных способов
Преимущества мокрого способа заключаются в точности подачи связующего агента и незначительных помех со стороны окружающего грунта. Недостатком является неприменимость способа на участках с высоким естественным содержанием воды (например, большая часть глинистой почвы Скандинавии). На таких рабочих площадках качество опор ухудшается по причине того, что предварительно смешанная смесь связующего агента и воды плохо перемешивается в грунте и при этом проникает на поверхность, тем самым приводя к изменениям в качестве опор. Также к недостаткам можно отнести удаленность места производства связующего агента от рабочей площадки и связанные с ней логистические проблемы, а также наличие ограничения по времени между производством связующего агента и его подачей на грунт, что не позволяет изменять или останавливать процесс.
Преимуществами сухого способа являются большая независимость от поставщика связующего агента и возможность хранения связующего агента на рабочей площадке, которые делают график работ более гибким. Недостатки включают попадание сжатого воздуха в грунт, где он влияет на окружающий грунт и снижает качество опор, и выделение части связующего агента из опоры через каналы выпуска давления по причине наличия в грунте различных слоев. Иногда проблемой также может являться запыление, хотя способы, включающие соответствующие работы, могут быть почти полностью исключены. Взаимодействие с окружающим грунтом влияет на несущую способность опоры, и количество связующего агента в опоре может значительно варьироваться на небольшом участке в зависимости от пористости грунта.
Цель настоящего изобретения и настоящее изобретение
Целью настоящего изобретения является разработка способа, в котором недостатки перечисленных выше известных способов могут быть устранены или по меньшей мере существенно снижены.
Данная цель может быть достигнута при помощи способа согласно настоящему изобретению, характеристики которого описаны в пункте 1 прилагаемой формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения описаны предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения.
Подробное описание варианта реализации
Настоящее изобретение проиллюстрировано ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, которые описывают устройство в соответствии с одним из вариантов реализации, при помощи которого может быть реализован способ в соответствии с настоящим изобретением.
На Фигуре 1 представлено перспективное изображение устройства для реализации способа в соответствии с настоящим изобретением, которое может быть присоединено к внешним устройствам, показанным на Фигуре 2.
На Фигуре 2 представлено целое устройство, включающее устройства для реализации способа в соответствии с настоящим изобретением и внешние устройства для его применения.
На Фигуре 3 представлена верхняя часть устройства для реализации способа в соответствии с настоящим изобретением в парциальном сечении.
На Фигуре 4 представлена верхняя часть устройства в направлении сечения, отличном от представленного на Фигуре 3.
На Фигуре 5 представлена нижняя часть устройства в парциальном сечении и без лопастных смесителей.
На Фигуре 6 представлено поперечное сечение вертикальной стрелы 1 устройства.
На Фигуре 7 представлен нижний конец устройства в соответствии с настоящим изобретением с лопастными смесителями 3, повернутыми внутрь, и
На Фигуре 8 представлен нижний конец устройства с лопастными смесителями 3, радиально повернутыми наружу.
Общая структура устройства для реализации способа в соответствии с настоящим изобретением видна на Фигуре 1. Устройство включает корпус 10 и вертикальную стрелу 1, которая перемещается, направляемая при помощи четырех вращающихся роликов 11 с фланцем. Ролики 11 снабжены подшипниками на корпусе 10, и по меньшей мере один ролик снабжен вращающим двигателем, расположенным внутри корпуса. Ролики 11 снабжены гибким покрытием, таким как эластомер, резина или силикон, которое образует поверхность трения, и ролики 11 расположены парами относительно вертикальной стрелы 1, в результате чего вертикальная стрела 1 может перемещаться в том или ином направлении относительно корпуса 10.
Вертикальная стрела 1 состоит из четырех труб, длина которых частично соответствует расстоянию ее перемещения, одна из которых является трубой 30 для подачи связующего агента, две трубы являются выводящими трубами 31 подаваемого воздуха. Четвертая труба представляет собой канал для гидравлических труб 5, которые соединены с коллектором 7 на верхнем конце вертикальной стрелы 1 и вращающим двигателем 4 смесительной головки 2 на нижнем конце. Таким образом, вертикальная стрела 1 не вращается при использовании, вращается только смесительная головка 2.
Смесительная головка 2 содержит вращающиеся лопастные смесители 3, которые при вращении в одном направлении складываются за счет сопротивления земли. Поворотные узлы 3а представлены на Фигурах 7 и 8. Направление оси поворотных узлов 3a отклонено по отношению к оси вращения смесительной головки 2. Лопастные смесители 3 могут быть сконструированы таким образом, что в сложенном положении они образуют вокруг вертикальной стрелы винтовую резьбу, тянущую вниз. В результате вертикальная стрела может быть легко протолкнута через твердый поверхностный слой грунта без чрезмерного нарушения твердого поверхностного слоя, в котором остается лишь отверстие малого диаметра. После того как лопастные смесители 3 введены на целевую глубину или в твердый слой грунта, направление вращения смесительной головки 2 изменяется, например, с вращения против часовой стрелки на вращение по часовой стрелки; после чего давление грунта открывает лопастные смесители 3, позволяя начать подачу и перемешивание связующего агента и подъем вертикальной стрелы 1.
Для регулирования поперечного сечения смешивания угол поворота лопастных смесителей 3 можно делать регулируемым, например, при помощи элементов для регулировки, ограничивающих поворот, или лопастные смесители 3 могут быть заменены лопастными смесителями другой длины. При помощи регулируемых лопастных смесителей 3 устройство может быть быстро подготовлено для получения опор с требуемым диаметром. Например, в настоящее время наиболее распространенные опоры с диаметром 600, 700 или 800 мм могут быть получены при помощи одних и тех же регулируемых лопастных смесителей. Опоры с диаметрами 900, 1000, 1200 мм могут быть получены путем замены лопастных смесителей. Согласно способу в соответствии с настоящим изобретением верхнее ограничение диаметра опоры определяется качеством грунта и факторов, связанных с рабочей площадкой, и, таким образом, могут быть легко получены опоры с диаметром 2000 мм. Таким образом, применение складывающихся лопастных смесителей позволило устранить проблему, связанную с проникновением через твердый поверхностный слой лопастей большого диаметра.
Корпус 10 содержит средства 12 для крепления ковшового погрузчика 17 к стреле 18. Корпус 10 с роликами 11 и вращающий двигатель для роликов 11 могут быть обозначены как передаточное устройство вертикальной стрелы 1, которое обозначено номером позиции 10a. Средства крепления 12 могут представлять собой стандартный переходник, с помощью которого передаточное устройство 10a может быть присоединено вместо ковша ковшового погрузчика 17. Гидравлический двигатель 4, вращающий передаточное устройство 10а вертикальной стрелы 1 и смесительную головку 2, приводится гидравлической системой ковшового погрузчика 17.
К корпусу 10 крепится держатель катушки 19, включающий катушку 25 для шланга для подачи связующего агента 26 и катушку 13 для гидравлических шлангов и шланга 6 для воды, в который из резервуара 14 при помощи насоса 15 и шланга 16 подается вода.
Связующий агент подают из емкости 21 со связующим агентом при помощи сжатого воздуха, получаемого при помощи компрессора 22. Дозатор 23 дозирует связующий агент в шланг 24 для подачи, который через подающий провод, расположенный в центральной оси катушки 25, присоединен к шлангу 26, намотанному на катушку 25. Верхний конец шланга 26 через коленчатый патрубок 27 соединен с соплом Лаваля 29, которое, в свою очередь, соединено с действующей трубой 30 для подачи связующего агента, нижний конец которой выходит в емкость 36 для хранения на нижнем конце вертикальной стрелы 1, в которой расположено выводящее отверстие 37, выходящее в землю. Воздух-носитель, содержащийся в связующем агенте, откачивают из верхней части емкости 36 для хранения через выводящую трубу 31. В представленном случае откачиваемый воздух дополнительно очищают при помощи циклонного скруббера 33, к которому через отверстие 32 присоединен верхний конец выводящей трубы 31. Для придания потоку вращательного движения к отверстию 32 присоединен регулятор потока (не показан). Воздух контролируемым образом выводят через отверстие 34 в центре верхнего фланца циклонного скруббера 33. В результате вращательного движения в циклонном скруббере 33 мелкие частицы связующего агента отделяются и при помощи трубы 35, соединенной с нижним концом циклонного скруббера 33, выводятся обратно в выводящую трубу 31, где выводимый поток промывается струями воды (не показано). Промывочный шлам поступает обратно в емкость 36 для хранения.
Труба 6 для подачи воды соединена с коллектором 7, из которого воду через сопло 9 при помощи насоса 8 подают в сопло типа Вентури. также называемое соплом Лаваля, 29. В сопле 29 скорость потока смеси воздуха, связующего агента и воды мгновенно увеличивается, после чего вода диспергируется в туман, к которому прилипает порошкообразный связывающий агент, таким образом, образуя шламоподобную массу, попадающую в емкость 36 для хранения.
Давление в устройстве регулируют таким образом, чтобы давление в емкости 36 для хранения превышало противодавление, создаваемое грунтом в выводящем отверстии 37, в результате чего связующий агент выводится из емкости 36 для хранения в грунт через выводящее отверстие 37, и максимально возможное количество воздуха контролируемым образом выводится из верхней части емкости 36 для хранения через выводящую трубу 31. Таким образом, направление потока подаваемого воздуха сменяется по кривой малого радиуса с подаваемого потока, направленного вниз, в верхней части емкости 36 для хранения на выводимый поток, направленный вверх, и при помощи выводящей трубы 31, площадь поперечного сечения которой по меньшей мере в два раза превышает площадь поперечного сечения трубы 30 для подачи, скорость потока, направленного вверх, снижается менее чем на половину, относительно скорости потока, направленного вниз.
Отделение связующего агента и воды от воздуха может быть усилено при помощи центробежной силы путем придания вращательного движения потоку подаваемого воздуха относительно вертикальной оси емкости для хранения перед изменением направления потока.
Количество воздуха, откаченного через трубу 31, можно регулировать, например, путем регулирования тяги. Путем регулирования количества откаченного воздуха давление в аппарате устанавливают таким образом, чтобы связующий агент выводился из емкости 36 для хранения на грунт под действием давления, т.е., отрегулированное давление устанавливают на уровне, превышающем давление, создаваемое сопротивлением грунта у выводящего отверстия для связующего агента 37.
Способ в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает опоры превосходного качества, обусловленного тем, что сжатый воздух не попадает в грунт без необходимости и не оказывает влияния на грунт, а связующий агент может быть равномерно распределен по поперечному сечению опоры, в результате чего получается качественная однородная опора с хорошей несущей способностью.
Выше описано применение настоящего изобретения, относящееся к колоннам, полученным при помощи вертикального сверления, но очевидно, что настоящее изобретение также может быть применено для различных видов устройств для стабилизации, при помощи которых связующий агент переносят и перемешивают в грунте.