УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ИНЪЕКЦИОННЫХ СОСТАВОВ

Полезная модель относится к области гидротехнического и гражданского строительства и может быть использована для испытания инъекционных растворов, в частности для отработки оптимальных условий проведения инъектирования, оценки параметров и результатов инъекционных процессов в толще испытуемого образца грунта.
Известна испытательная установка для испытаний растворов на основе портландцемента, содержащая поршневой гидравлический домкрат, используемый в качестве источника давления, контейнер для жидкого раствора, с круговой шкалой для измерения объема жидкого раствора, введенного в исследуемый грунт, и закрепленный на поршне гидравлического домкрата, шланги и трубы для инъекции растворов, гальванизированный цилиндрический испытательный резервуар для испытания модельного грунта, в центре которого расположен инъектор, с установленным на нем манометром для измерения давления закачки раствора (Fatih . In practical fulfillment of the requirements for the degree of doctor of philosophy in civil engineering. August 2008, C. 49, 55. Электронный ресурс: http://etd.lib.metu.edu.tr/upload/12609768/index.pdf).
Недостатком этого аналога является отсутствие возможности имитировать нагрузку от основания сооружения на грунт, в который осуществляется инъекция рабочего раствора.
Известна испытательная установка, представляющая собой цилиндрический сосуд, собранный из колец при помощи неподвижных фланцевых торцевых соединений, герметизированных затяжкой болтов, снабженный инъектором для подачи рабочих растворов, датчиками давления, установленными внутри цилиндрического сосуда, подвижным поршнем, играющим роль разделителя сред над и под поршнем, индикатором передвижения поршня, крышкой, цилиндрический сосуд заполнен модельным грунтом на высоту 840 мм от дна сосуда, поверх модельного грунта помещена пластина ПВХ, по периметру которой установлено уплотнительное кольцо для герметизации образца модельного грунта, на инъектор одета резиновая трубка, которая обеспечивает приток жидкого раствора, когда давление при инъектировании становится больше давления модельного грунта, на трубе инъектора размещены стальные кольца, которые позволяют предотвратить поток жидкого раствора вдоль трубы (Adam Bezuijen. Compensation Grouting in Sand. Experiments, Field Experiences and Mechanisms / 9 maart 2010, C. 15, 16. Электронный ресурс: http://www.geo.citg.tudelft.nl/~bezuijen). Используя давление воздуха, которое подается в камеру между пластиной ПВХ и крышкой испытательной установки, имитируется состояние грунта на большой глубине. Объемы вытесненной воды измеряются с помощью систем трубок и цилиндров, а изменение положения пластины ПВХ измеряется по объему вытесненной воды, с помощью прибора измерения гидростатического давления - пьезометра.
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Недостатками прототипа является то, что используемая пластина ПВХ во время проведения опыта может быть перекошена и может произойти заклинивание о стенки сосуда. Конструкция установки не позволяет проводить опыты с параметрами приближенными к полевым условиям.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение достоверности, точности и результативности исследований, заключающееся в выполнении моделирования физических процессов, протекающих при инъекции раствора в грунт, отработке оптимальных условий инъектирования, в изучении изменчивости свойств грунтов в условиях близких к полевым в лабораторных условиях.
Для достижения указанного технического результата в установке для исследования эффективности работы инъекционных составов, состоящей из цилиндрического сосуда для размещения модельного грунта, собранного из колец при помощи неподвижных фланцевых торцевых соединений, герметизированных затяжкой болтов, снабженного инъектором для подачи рабочих растворов, датчиками давления, установленными внутри цилиндрического сосуда, подвижным поршнем, играющим роль разделителя сред над и под ним, индикатором передвижения поршня, крышкой, кольца цилиндрического сосуда изготовлены из двух слоев сварной стали, неподвижные фланцевые соединения колец герметизированы прокладкой, цилиндрический сосуд закрыт стальной крышкой с отверстиями, для равномерного без перекосов перемещения подвижного стального поршня его направляющий шток совмещен с направляющим цилиндром в центральной части стальной крышки, подвижный стальной поршень выполнен с уплотнительным кольцом и ребрами жесткости, для обеспечения постоянного давления над подвижным стальным поршнем одно из отверстий в стальной крышке соединено с расширительным баком-компенсатором, через второе отверстие смонтирован шток-измеритель, нижний конец которого контактирует с пластиной подвижного стального поршня в момент измерения его положения, через третье и четвертое отверстия стальная крышка соединена с регулирующими давление под ней клапанами, полость цилиндрического сосуда под подвижным стальным поршнем соединена гибким шлангом через как минимум два отверстия в подвижном стальном поршне и через пятое отверстие в стальной крышке с регулирующим давление клапаном, который соединен с отверстием в дне установки.
Кроме того, заявляемое техническое решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, а именно:
- кольца цилиндрического сосуда, изготовлены из сварной стали, например, сталь 20;
- прокладка для герметизации неподвижных фланцевых соединений колец цилиндрического сосуда выполнена, например, из паронита, резины, фторопласта.
- для регулирования рабочего давления над и под подвижным стальным поршнем установлены два регулирующих клапана.
Отличительными признаками предлагаемой установки для исследования эффективности работы инъекционных составов от указанного выше прототипа являются, изготовление колец цилиндрического сосуда из двух слоев сварной стали; герметизация неподвижных фланцевых соединений прокладкой; наличие в цилиндрическом сосуде стальной крышки с отверстиями; совмещение направляющего штока подвижного стального поршня с направляющим цилиндром в центральной части стальной крышки; выполнение подвижного стального поршня с уплотнительным кольцом и ребрами жесткости; соединение одного отверстия в стальной крышке с расширительным баком-компенсатором; установка штока-измерителя через второе отверстие в стальной крышке; соединение через третье и четвертое отверстия стальной крышки с регулирующими давление под ней клапанами; соединение полости цилиндрического сосуда под подвижным стальным поршнем гибким шлангом через как минимум два отверстия в подвижном стальном поршне и через пятое отверстие в стальной крышке с регулирующим давление клапаном, который соединен с отверстием в дне установки.
Благодаря наличию этих признаков в лабораторных условиях, возможно, моделировать физические процессы, протекающие при инъекции раствора в модельный грунт, отрабатывать оптимальные условия инъектирования, целенаправленно изучать изменчивость свойств грунтов в условиях близких к полевым.
Предлагаемая установка для исследования эффективности работы инъекционных составов иллюстрируется чертежам, представленными на фиг. 1-5, и фотографиями, представленными на фиг. 6-9.
На фиг. 1 показана схема установки для исследования эффективности работы инъекционных составов, общий вид.
На фиг. 2 - стальная крышка, продольный разрез.
На фиг. 3 - стальная крышка, вид сверху.
На фиг. 4 - подвижный стальной поршень, продольный разрез.
На фиг. 5 - подвижный стальной поршень, вид сверху.
На фиг. 6 - установка для исследования эффективности работы инъекционных составов.
На фиг. 7 - шток-измеритель.
На фиг. 8 - стальная крышка.
На фиг. 9 - подвижный стальной поршень.
Установка для исследования эффективности работы инъекционных составов (фиг. 1) содержит цилиндрический сосуд 1 собранный из колец изготовленных из двух слоев сварной стали при помощи неподвижных фланцевых торцевых соединений, инъектор 2, стальную крышку 3 с направляющим цилиндром 4 (фиг. 2, 3), расширительный бак-компенсатор 5, подвижный стальной поршень 6, шток-измеритель 7, емкость 8 для сброса вытесненной из грунта подвижным стальным поршнем 6 воды, заливной бак 9, емкость 10 для сбора инъекционного состава, насос 11, стальная крышка 3 имеет пять отверстий 12, 13, 14, 15, 16 и прокладку 17, например, из паронита, резины или фторопласта, подвижный стальной поршень 6 (фиг. 4, 5) имеет уплотнительное кольцо 18, два отверстия 19 для отвода воды и воздуха из цилиндрического сосуда 1 установки и направляющий шток 20, ребра жесткости 21, модельный грунт 22, полость. 23, расположенная между стальной крышкой 3 и подвижным стальным поршнем 6, регулирующие давление клапаны 24, 25. Механизированное оборудование для нагнетания инъекционных составов не показано.
Работа установки для исследования эффективности работы инъекционных составов осуществляется следующим образом.
Внутрь цилиндрического сосуда 1 (фиг. 1) на дно укладывают решетку и латунную сетку (не показаны), затем сверху укладывают модельный грунт 22 и утрамбовывают его до уровня, с которого начинает двигаться подвижный стальной поршень 6, имеющий ребра жесткости 21. В паз, расположенный на торцевой поверхности пластины подвижного стального поршня 6 вставляют уплотнительное кольцо 18. Подвижный стальной поршень 6, вставляют в установку и при помощи линейки фиксируют глубину его погружения в установку до уровня модельного грунта 22. Монтируют шток-измеритель 7, нижний конец которого проходит через отверстие 13 в стальной крышке 3 и контактирует с пластиной подвижного стального поршня 6. Два отверстия 19 для отвода воды и воздуха, имеющиеся в подвижном стальном поршне 6, соединяют с отверстием 14 в стальной крышке 3 гибким шлангом (не показан) и через тройную муфту (не показана) соединяют с отверстием (не показано) в дне цилиндрического сосуда 1, выход тройной муфты соединяют гибким шлангом с регулирующим давление клапаном 25. Для равномерного без перекосов перемещения подвижного стального поршня 6 его направляющий шток 20 совмещают с направляющим цилиндром 4 в центральной части стальной крышки 3. На фланец верхнего кольца цилиндрического сосуда 1 укладывают прокладку 17, например, из паронита и закрывают стальную крышку 3. Для обеспечения постоянного давления, имитирующего нагрузку от основания сооружения, в полости 23 над подвижным стальным поршнем 6 монтируют бак-компенсатор 5 через отверстие 12 в стальной крышке 3. Для поддержания постоянного давления, имитирующего нагрузку от основания сооружения, в полости 23 над подвижным стальным поршнем 6 монтируют регулирующий давление клапан 24 через отверстие 15 в стальной крышке 3.
Далее проводят подготовительные операции для создания в модельном грунте условий, необходимых для решения задачи по исследованию эффективности инъекционных составов.
Проведение исследования эффективности работы инъекционных составов проводится следующим образом.
В цилиндрическом сосуде 1 заполняют полость 23 водой под давлением, имитирующим нагрузку на испытываемый модельный грунт 22, при этом воздух из полости 23 отводится наружу через отверстие 16 в стальной крышке 3. Затем заполняют заливной бак 9 водой и замачивают модельный грунт 22 до окончания выхода воздуха из отверстия 14. Бункер насоса 11 заполняют инъекционным составом, шланг насоса присоединяют к инъектору 2.
Под сливы регулирующего давление клапана 24, установленного в отверстии 15 стальной крышки 3, и регулирующего давление клапана 25, установленного в нижней части установки, подставляют мерные емкости 8, 10 и включают насос 11. При этом контролируют давление внутри цилиндрического сосуда 1 по манометрам (не показаны). После закачки заданного объема инъекционного состава выключают насос 11, фиксируют показания манометров, а также смещение стального подвижного поршня 6 по показаниям штока-измерителя 7.
Далее выполняют расчет величины осадки подвижного стального поршня 6 после окончания инъектирования.
После окончания эксперимента сбрасывают давление в системе насос-установка. Снимают стальную крышку 3 и гибкий шланг (не показан), расположенный между стальной крышкой 3 и подвижным стальным поршнем 6, сливают остатки воды над подвижным стальным поршнем 6. Производят измерение и фиксацию величины смещения подвижного стального поршня 6 в ходе выполненного инъектирования. Вынимают подвижный стальной поршень 6. Отбирают пробы инъектированного модельного грунта 22 для последующих исследований, выгружают оставшийся инъектированный модельный грунт 22 из установки и промывают ее водой.