способ водопонижения песчаных грунтов

Формула изобретения

1. СПОСОБ ВОДОПОНИЖЕНИЯ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ, включающий бурение скважин, формирование в области их забоев котлованов, оборудование скважин перфорированными дренажными трубами, засыпку котлованов щебнем и откачку грунтовых вод с помощью насоса, отличающийся тем, что в крайние скважины размещают невзрывные пневматические виброисточники, возбуждают упругие колебания в диапазоне 60 - 1500 Гц с ориентированием направления их воздействия вдоль прямых, соединяющих скважины, приводят в возбужденное состояние локальный участок песчаного грунта и воздействуют вибровоздействиями в течение времени откачки вод.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скважины в песчаном грунте бурят по одной прямой с шагом 10 - 15 м одна от другой.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что виброисточник размещают в скважине на уровне выхода грунтовых вод в песчаном грунте.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при засыпке щебня образуют слой толщиной 50 - 60 см из фракций щебня 10 - 120 мм.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что откачку грунтовых вод осуществляют с помощью насоса, при этом его всасывающий патрубок опускают на дно скважины с качанием поверхности слоя щебня, а откачку грунтовых вод осуществляют автоматическим включением насоса при превышении уровня воды в патрубке на 5 - 10 см по отношению к уровню воды в скважине.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано для водопонижения грунтов в процессе строительства с использованием упругого миграционного геоэффекта.

Известен способ водопонижения, включающий бурение скважин, подачу в импульсном режиме воздуха по скважинам для интенсификации водоотбора [1].

Однако этот способ трудоемок, нетехнологичен, не позволяет повысить проницаемость грунта для повышения эффективности и снижения энергоемкости способа.

Известен способ водопонижения песчаных грунтов, включающий бурение скважин, формирование в области их забоев котлованов, оборудование скважин перфорированными трубами, засыпку котлованов щебнем и откачку грунтовых вод с помощью насоса [2].

Однако этот способ трудоемок, нетехнологичен, не использует для повышения проницаемости грунтового массива упругие колебания.

Цель изобретения - повышение эффективности способа за счет снижения энергоемкости.

Поставленная цель достигается тем, что в способе в крайние скважины размещают невзрывные пневматические виброисточники, возбуждают упругие колебания в диапазоне 60-1500 Гц с ориентированием направлением их воздействия вдоль прямых, соединяющих скважины, приводят в возбужденное состояние локальный участок песчаного грунта и воздействуют вибровоздействиями в течение времени откачки вод. Скважины в песчаном грунте бурят по одной прямой с шагом 10-15 м друг от друга.

Виброисточник размещают в скважине на уровне выхода грунтовых вод в песчаном грунте. Слой щебня составляет 50-60 см, причем размер фракций щебня находится в пределах 10-120 мм. Всасывающий патрубок от вакуумного насоса опускают на дно скважины с таким условием, чтобы он касался верхнего слоя щебня, и откачку грунтовых вод осуществляют автоматическим включением насоса при превышении уровня воды в патрубке 5-10 см по отношению к уровню воды в скважине.

На чертеже приведена схема реализации способа, на которой показаны грунтовой массив 1, слой песка 2, скважина 3 с перфорированной трубой, слой щебня 4, вакуумный насос 5 с патрубком, компрессор 6 высокого давления ЭУ-5 или ЭУ-6, блок 7 согласования, микропроцессор 8 для управления работой виброисточников.

Способ осуществляют следующим образом.

В локальном участке массива 1, где насыпан слой песка 2 или песчаного грунта, бурят скважины 3, армируют их перфорированными трубами и размещают в них виброисточники 9, работающие в частотном диапазоне 60-1500 Гц, с ориентированием направления их воздействия вдоль прямых, соединяющих скважины 3. Скважины бурят с шагом 10-15 м друг от друга по одной прямой и виброисточники 9 размещают в них на уровне выхода грунтовых вод. На дно скважины насыпают слой щебня 4 толщиной 50-60 см с фракциями 10-120 мм. В этот слой щебня 4 опускают патрубок от вакуумного насоса 5 с таким условием, чтобы он касался верхнего слоя щебня и не было место засорения его частицами песка, ила и другими твердыми включениями. Перед включением вакуумного насоса 5 возбуждают колебания виброисточниками 9, на которые подают импульс сжатого воздуха от компрессора 6, преобразуемый при выходе из виброисточника в сейсмические колебания, принимаемые блоком 7 согласования и передаваемые в микропроцессор 8, в который заложена программа, с помощью которой управляют работой виброисточников 9 во времени и осуществляют откачку грунтовых вод в автоматическом режиме включением насоса при превышении уровня воды в патрубке 5 на 5-10 см по отношению к уровню вод в скважине 3. Вибровоздействия производят виброисточниками 9, размещенными в двух скважинах, попеременно: сначала в одной скважине, затем в другой, причем время вибровоздействия с каждой стороны ограничивают временем миграции флюидов-жидкостей и газово-воздушных включений, содержащихся в порах и трещинах песчаного грунта, которое определяют из соотношения Тмиграции-Л/Смиграции, где Л - путь, проходимый упругой волной от одной скважины до другой; С - скорость миграции флюидов под воздействием упругой волны, м/с.

Для создания условий фильтрации на дно скважины наносят слой щебня с фракциями от 10-120 мм, что обеспечивает оптимальные условия для откачки грунтовых вод из песчаного грунта из скважин 3, пробуренных на удалении друг от друга 10-15 м, в которых размещают виброисточники 9, амплитуду колебаний в которых медленно поднимают от минимального уровня до уровня, при котором начинается разжижение песков, что составляет 0,2-0,4 от уровня разрушающих напряжений для песчаных грунтов на разрыв. Вибровоздействия производят поэтапно: вначале приводят локальный участок грунта возбужденное состояние в диапазоне 60-1500 Гц, причем диапазон частот выбирают исходя из оптимальных условий волнового подобия - соотношения длины волны, затем переходят на частоту собственных колебаний песчаного грунта, вибровоздействия осуществляют в течение времени, при котором достигают положительного эффекта-откачка грунтовых вод из грунтового массива.

Сущность способа состоит в том, что, возбуждая мощные упругие колебания в выбранном диапазоне частот посредством группы виброисточников, создают условия для оптимальной и интенсивной миграции флюидов в направлении распространения упругой волны, в десятки и сотни раз превышающей уровень миграции без участия упругой волны, и производят откачку грунтовых вод из песчаного грунта из скважин, размещенных на пути распространения волны по прямой. Миграция флюидов под воздействием упругих волн названа упругим миграционным геоэффектом и имеет место в любых диапазонах частот - от Гц до кГц и мГц и выбранный диапазон частот лишь определяет базу проведения опыта: в диапазоне Гц - кГц это десятки и сотни метров, мм в диапазоне мГц - это первые метры.

Преимущества способа состоят в следующем: не нужно рыть котлован для откачки и сбора грунтовых вод; управляют состоянием и свойствами грунтового массива и регулируют процесс фильтрации во время откачки грунтовых вод, приводя в возбужденное состояние локальный участок грунтового массива; повышают эффективность и производительность способа за счет снижения энергоемкости способа.

Использование предлагаемого способа позволяет значительно снизить энергоемкость процесса и повысить производительность примерно на порядок по сравнению с известными способами откачки грунтовых вод за счет использования упругого миграционного геоэффекта.