ИНЪЕКТОР ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ ГРУНТОВ ЧЕРЕЗ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ИНЪЕКЦИОННЫЕ СКВАЖИНЫ

Полезная модель относится к области строительства, а именно к устройствам для закрепления обводненных грунтов под существующими зданиями и сооружениями с целью повышения их несущей способности путем образования полости разрыва, образованной высоконапорной струей и заполнения ее закрепляющим материалом.
Известен инъектор для закрепления грунта (патент РФ №62618, МКИ: E02D 3/12, опубл. 27.04.2007), который включает полую трубу с выпускными отверстиями, расположенными в шахматном порядке в продольных рядах, лежащих в плоскостях, проходящих через продольную ось полого корпуса инъектора, жестко закрепленный наконечник. Все продольные ряды выпускных отверстий выполнены на половине окружности полого корпуса. Их количество равно пяти и размещены они в диаметральной плоскости полого корпуса инъектора под одинаковыми углами, равными 45°.
Недостатком аналога является то, что с его помощью сложно закрепить обводненные мелкозернистые грунты через горизонтальные скважины, так как векторы силового воздействия на грунт направлены в одну сторону. По этой причине инъектор позволяет закрепить только половину объема массива.
Известен инъектор для закрепления грунтов под существующими зданиями и сооружениями, применяемый в горизонтальных скважинах, и состоящий из корпуса в виде толстостенной полой трубы с просверленными отверстиями диаметром 2-3 мм, расположенными по поверхности ее окружности, которые закрыты резиновыми кольцами, уложенными в проточенные круговые канавки на поверхности трубы (Пособие к СНиП 3.02.01-83 по химическому закреплению грунтов инъекцией в промышленном и гражданском строительстве. - Госстрой СССР, Москва, 1986 г. С. 47, 48, рис. 14). Инъектор используется при закреплении песчаных обводненных грунтов под существующими зданиями и сооружениями по горизонтальной технологии из специальных технологических выработок путем задавливания их в грунт гидравлическими домкратами. В зависимости от вида грунтов инъекторы могут погружаться в предварительно пробуренные инъекционные скважины.
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
2
Недостатком прототипа является низкая эффективность инъектора при закреплении мелкозернистых обводненных грунтов через горизонтальные скважины. Это объясняется тем, что при горизонтальной технологии закрепление массива грунта происходит в вертикальной плоскости, в которой плотность обводненного массива мелкозернистого грунта растет сверху вниз. Поэтому при горизонтальном инъектировании закрепляемого материала (раствора), подаваемого под давлением до 60 кг/см через инъектор, в нижней его части возникает реактивная сила, направленная снизу вверх из-за разности плотностей массива грунта верхней и нижней зон от горизонтально расположенного инъектора. Благодаря реактивной силе действующей снизу вверх векторы силового воздействия на закрепляемый массив направлены в верхнюю зону от инъектора, что приводит к созданию закрепляемых участков грунта ориентированных под углом снизу вверх и выглядят в плане в виде объемного массива. Кроме того, при образовании реактивной силы, направленной снизу вверх, теряется значительная часть энергии струи инъектора, что приводит к уменьшению радиуса полости разрыва. Следовательно, уменьшается объем закрепленных участков ограниченных в плане линиями силового воздействия векторов на грунт.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение эффективности работы инъектора через горизонтальные инъекционные скважины путем направления струи в горизонтальных плоскостях от инъектора и увеличение площади разрыва полости в грунте и площади закрепленного массива грунта.
Для достижения указанного технического результата в инъекторе для закрепления водонасыщенных мелкозернистых грунтов через горизонтальные инъекционные скважины, включающем корпус в виде толстостенной полой трубы с отверстиями расположенными на поверхности ее окружности, в его полом корпусе перфорация отверстий выполнена, как минимум, в два ряда с двух его сторон, первый ряд в горизонтальной плоскости под углом α=180°, а второй ряд под углом α=5-7° к горизонтальной диаметральной плоскости, внутри инъектора расположен трубчатый прерыватель с продольными пазами длиной равной длине перфорации инъектора.
Кроме того, заявленное техническое решение имеет факультативный признак, характеризующий его частный случай, а именно:
- в перфорированной части инъектора с двух сторон с интервалом 30-40 мм просверлены отверстия диаметром 3-4 мм, в количестве не менее 50.
Отличительными признаками предлагаемой полезной модели являются:
выполнение перфорации отверстий в полом корпусе инъектора, как минимум, в два ряда с двух его сторон, первый ряд в горизонтальной плоскости под углом α=180°, а второй ряд под углом α=5-7° к горизонтальной диаметральной плоскости;
размещение внутри инъектора трубчатого прерывателя с продольными пазами длиной равной длине перфорации инъектора.
Благодаря наличию этих признаков увеличивается радиус полости разрыва грунта и заполнения ее твердеющим раствором. КПД энергии струи значительно возрастает, так как разрыв полости грунта происходит в горизонтальной плоскости, в которой физико-механические свойства грунта одинаковы. Кроме того, при горизонтальном направлении струи не возникает отраженной реактивной силы. Благодаря этому участок закрепления грунта предлагаемым инъектором имеет приближенную прямоугольную форму в плане и ограничен линиями силового воздействия векторов на грунт. Предлагаемый инъектор, имеющий перфорацию отверстий в горизонтальной плоскости под углом 180° и под углом 5-7° к горизонтальной диаметральной плоскости, как показала практика, будет иметь максимальный КПД.
Предлагаемый инъектор для закрепления водонасыщенных мелкозернистых грунтов иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-3.
На фиг. 1 изображен общий вид инъектора.
На фиг. 2 - фрагмент инъектора.
На фиг. 3 - фрагмент трубчатого прерывателя.
Инъектор 1 для закрепления водонасыщенных мелкозернистых грунтов состоит из корпуса длиной, например, 80 см (фиг. 1), изготовленного из толстостенной полой трубы диаметром, например, 32-48 мм, и толщиной стенки 2 не менее 8 мм. В корпусе инъектора 1 просверлены отверстия 3 диаметром, например, 3-4 мм, с интервалом 30-40 мм с двух сторон в горизонтальной плоскости под углом 180° в количестве 20-25 на каждой стороне корпуса инъектора 1. Такое же количество отверстий 4 диаметром 3-4 мм просверлено с обеих сторон инъектора 1 под углом 5-7° к горизонтальной диаметральной плоскости. Кроме того, инъектор 1 оснащен конусным наконечником 5 и трубчатым прерывателем 6 длиной, равной длине инъектора 1, в котором имеются продольные пазы (окна) 7.
Работа заявляемого инъектора осуществляется следующим образом.
2
Инъектор 1 предназначен для закрепления мелкозернистых водонасыщенных грунтов под существующими зданиями и сооружениями, которое осуществляется через горизонтальные скважины или способом задавливания инъекторов в грунт (горизонтальная технология) из специальных технологических выработок. После установки (забивки) в горизонтальном положении инъекционной трубы с инъектором 1, выполненным из толстостенной полой трубы с толщиной стенки 2 не менее 8 мм, через отверстия 3 и 4 инъектора 1 в горизонтальной плоскости подается закрепляющий материал (раствор). Струя закрепляющего материала подаваемого под давлением (до 60 кг/см) через отверстие 3 инъектора 1 позволяет получить максимальный радиус разрыва полости в грунте, которая заполняется закрепляющим материалом (раствором). Это позволяет максимально расширить площадь закрепляемого массива грунта и тем самым повысить КПД инъектора 1. Отверстия 4, просверленные с двух сторон инъектора 1 под углом 5-7°, дают возможность увеличить толщину закрепляемого массива грунта, и, таким образом, увеличить несущую способность фундамента под зданиями и сооружениями.
Конусный наконечник 5 инъектора 1 предназначен для снижения сопротивления при задавливании инъектора 1 в мелкозернистый грунт или его запуск в горизонтальную инъекционную скважину. Трубчатый прерыватель 6 с продольными пазами 7 предназначен для защиты отверстий 3 и 4 инъектора 1 от засорения при задавливании его в грунт, а также для перекрытия отверстий инъектора 1 при мгновенном сбросе давления инъекции, после заполнения полости в грунте закрепляющим материалом.
При инъекции закрепляющего материала (раствора) под давлением через отверстия 3 и 4 инъектора 1 пазы (окна) 7 трубчатого прерывателя 6 открывают с двух сторон отверстия 3 и 4, тем самым фиксируя его рабочее положение, что дает возможность создавать давление струи в зоне закрепления. При сбросе давления в инъекторе 1 трубчатый прерыватель 6 с помощью механизма (устройства) поворачивается на 90° и закрывает отверстия 3 и 4, прерывая работу струи в зоне закрепления грунта.
Наличие трубчатого прерывателя 6 в инъекторе 1 значительно упрощает и повышает надежность его работы, так как нет необходимости устанавливать резиновые клапаны в канавки с отверстиями, что имеет место в прототипе.