способ и устройство для укрепления грунта и/или для подъема сооружений

Формула изобретения

1. Способ уплотнения, наполнения или замещения грунта и/или подъема наземных сооружений, включающий выполнение в грунте или сооружении отверстия (6), размещение в отверстии (6) инжекторной штанги (1) и соединенного с ней расширительного элемента (2) и инжектирование вещества в расширительный элемент (2), отличающийся тем, что в расширительный элемент (2), выполненный из нерастяжимого материала, инжектируют вещество, которое расширяется в результате химической реакции внутри расширительного элемента (2) так, что сила, придавливающая расширительный элемент (2) к грунту, вызывается в основном химической реакцией, а затем удаляют штангу из расширительного элемента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что до инжектирования определяют характеристики грунта и количество вещества, инжектируемого в расширительный элемент (2) на основе характеристик грунта, объема расширительного элемента (2) и требуемого результата.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что определяют количество вещества, инжектируемого в расширительный элемент (2), посредством контроля процесса заполнения расширительного элемента (2).

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что контроль процесса заполнения расширительного элемента (2) осуществляют посредством земного радара.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что контроль процесса заполнения расширительного элемента (2) осуществляют посредством датчика давления.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что контроль процесса заполнения расширительного элемента (2) осуществляют посредством термографической камеры.

7. Способ по п.3, отличающийся тем, что контроль процесса заполнения расширительного элемента (2) осуществляют посредством органов чувств на слух и/или ощущения, что процесс инжектирования вещества в расширительный элемент (2) прекратился после разрушения расширительного элемента (2).

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что определяют количество инжектируемого вещества при подъеме сооружения (10) посредством наблюдения за вертикальным подъемом сооружения (10).

9. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что после окончания процесса расширения вещества инжекторную штангу (1) оставляют на своем месте с соединенным с ней расширительным элементом (2).

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что инжекторная штанга (1) проходит через расширительный элемент (2) и тем, что вещество поступает в расширительный элемент (2) через отверстия (5), выполненные на боковой стенке инжекторной штанги (1).

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что инжекторная штанга (1), содержащая внешнюю трубу с выполненными на ее боковой стенке отверстиями (5), содержит внутри внутреннюю трубу, по которой подают инжектируемое вещество, при этом после окончания инжектирования вещества внутреннюю трубу извлекают из внешней трубы.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что реакция расширения вещества происходит внутри расширительного элемента (2) в герметичном пространстве.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что реакция вещества начинается не менее чем через 25 с с момента инжектирования в мешок (2).

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что реакция вещества начинается не менее чем через 50 с с момента инжектирования в расширительный элемент (2).

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что вещество расширяется от 1,5 до 20 раз от своего первоначального объема.

16. Способ по п.1, отличающийся тем, что до инжектирования определяют результирующую силу давления инжектируемого вещества.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что до инжектирования определяют результирующую силу давления инжектируемого вещества на основе сопротивления грунта и объема расширительного элемента (2).

18. Способ по п.1, отличающийся тем, что части инжектируемого вещества позволяют выходить через стенку расширительного элемента (2).

19. Устройство для уплотнения, наполнения или замещения грунта и/или подъема наземных сооружений, содержащее инжекторную штангу (1), соединенную с расширительным элементом (2) и размещенную в отверстии (6), и средства (4) для инжектирования вещества в расширительный элемент (2), отличающееся тем, что вещество, инжектируемое в расширительный элемент (2), является веществом,

которое расширяется в результате химической реакции внутри расширительного элемента так, что сила давления, прижимающая расширительный элемент (2) к грунту, создается в основном посредством химической реакции, при этом инжекторная штанга извлекается из расширительного элемента после инжектирования вещества в расширительный элемент.

20. Устройство по п.19, отличающееся тем, что инжекторная штанга (1) проходит через расширительный элемент (2), при этом расширительный элемент (2) нижним концом закреплен на инжекторной штанге (1) посредством нижнего крепежного средства (3а) и верхним концом посредством верхнего крепежного средства (3b), а на боковых стенках инжекторной штанги (1) выполнены отверстия (5), через которые вещество поступает в расширительный элемент (2).

21. Устройство по п.20, отличающееся тем, что нижнее крепежное средство (3а) и/или верхнее крепежное средство (3b) выполнены подвижными относительно инжекторной штанги (1).

22. Устройство по п.20 или 21, отличающееся тем, что инжекторная штанга (1) содержит внешнюю трубу с отверстиями (5) и внутреннюю трубу внутри внешней трубы для подачи инжектируемого вещества внутрь расширительного элемента, при этом внутренняя труба выполнена с возможностью ее удаления из внешней трубы.

23. Устройство по п.19, отличающееся тем, что расширительный элемент (2) выполнен из воздухонепроницаемого материала.

24. Устройство по п.19, отличающееся тем, что расширяющееся вещество подобрано таким образом, чтобы его реакция начиналась не ранее чем через 25 с с момента инжектирования в мешок (2).

25. Устройство по п.19, отличающееся тем, что расширяющееся вещество подобрано таким образом, чтобы оно расширялось от 1,5 до 20 раз от своего первоначального объема.

Описание изобретения к патенту

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к способу укрепления грунта и/или для подъема наземных сооружений, при этом способ включает выполнение отверстия в грунте или сооружении, введение в это отверстие инжекторной штанги, связанного с ней расширительного элемента и инжектирование вещества в расширительный элемент.

[0002] Данное изобретение также относится к устройству для укрепления грунта и/или для подъема наземных сооружений, причем это устройство включает инжекторную штангу и связанный с ней расширительный элемент для инжектирования вещества в расширительный элемент и средства для инжектирования вещества в расширительный элемент.

[0003] Укрепление грунта применяется, например, для увеличения его несущей способности или для заполнения имеющихся в нем пустот. Кроме того, укрепление необходимо, если передаваемые по грунту вибрации нужно погасить, либо нужно предотвратить разжижение грунта, происходящее при землетрясениях. Процесс подъема сооружений в свою очередь относится, например, к подъему и укреплению зданий или полов, которые подверглись повреждению, осадке или смещению. Наконец, процесс подъема сооружений включает в себя подъем и укрепление осевших мощеных дорог или площадок, таких как бетонные и асфальтовые дороги или взлетные полосы.

[0004] Повреждение грунта или осадка сооружений могут быть вызваны, например, слабо уплотненным грунтом, водной эрозией, неподходящим типом грунта для сооружения, снижением сил трения в грунте или изменениями условий температуры или влажности. Кроме этого, повреждение грунта может быть вызвано изменениями условий из-за его механического повреждения, такого как разрыв водопроводных или сточных труб. Кроме того, состояние грунта может измениться под влиянием динамических сил.

[0005] Для укрепления грунта грунт со слабой несущей способностью замещается веществом, имеющим улучшенную несущую способность. Такой процесс, называемый массообмен, очень трудоемок и дорог. Кроме этого, используются технологии свайного крепления, такие как висячие сваи, которые благодаря трению удерживаются грунтом, или опорные сваи, которые покоятся на твердом слое основания. Забивка свай требует тяжелого и сложного оборудования, которое подвергает окружающую среду шуму и другим возмущающим воздействиям. Поскольку при забивке сваи привязаны к сооружению, это подвергает сооружение точечным нагрузкам, если сооружение поддерживается сваями, а не грунтом.

[0006] В патенте ЕР 0851064 раскрыто техническое решение, усиливающее несущую способность грунта. В указанном решении в грунте выполняют отверстия, в которые инжектируют вещество, которое расширяется в результате химической реакции. Патент ЕР 1314824 раскрывает похожее техническое решение, где вещество используют для создания давления, превышающего 500 кПа. В практике было замечено, что в указанных технических решениях единственным способом определения инжектируемой дозы является наблюдение за поверхностью земли или величины высоты здания, а инжектирование прекращают, когда замечают изменение в отношении этих параметров. При использовании указанных технических решений в особенности на пористых и мягких грунтах, операция правильной дозировки инжектируемого вещества и правильного направления усилия расширения, так же, как удержание вещества в желаемом месте, представляет собой сложную задачу.

[0007] В патенте JP 7018651 раскрыто техническое решение, в котором в пробуренные в грунте отверстия размещают расширительные мешки. Затвердевающий реагент закачивают в указанные мешки под высоким давлением. Из-за использования высокого гидравлического давления применяемые устройства сложны и для сложных условий требуются, например, специальные безотказные клапаны. Кроме того, на мягких почвах нет уверенности, что указанный мешок остается на своем месте, поэтому очень трудно укрепить часть мягкой почвы посредством использования данного технического решения. Далее, если мешок разорвался, то процесс укрепления полностью выходит из-под контроля. Патент JP 10195860 раскрывает похожее техническое решение, в котором используется эластичный мешок. Указанное решение также страдает теми же проблемами, которые описаны выше. В патенте JP 2003105745 раскрыто техническое решение, в котором в грунт или в мешок инжектируют пластиковый раствор. Вышеописанные проблемы также имеют место и в этом техническом решении, когда вещество инжектируют в мешок.

[0008] В патенте JP 9158235 раскрыто техническое решение для исправления наклона здания. Указанное решение включает бурение скважины, которая простирается под фундаментом здания. В этом случае под фундамент подводят эластичный мешок, и затвердевающее вещество подают по отдельным трубам. Целью является подъем здания посредством заполнения мешка. Данное решение также требует применения особо высокого гидравлического давления, которое приводит к использованию сложного и безотказного специального оборудования. Указанное оборудование также включает большое число труб, что увеличивает его сложность. Кроме того, при разрыве мешка во время его использования сооружение может подвергнуться разрушению в месте размещения этого мешка, так что этот способ представляет исключительный риск.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0009] Целью настоящего изобретения является создание новых способа и устройства для укрепления грунта и/или для подъема сооружений.

[0010] Способ, согласно настоящему изобретению, отличается тем, что использует для указанного инжектирования вещество, которое расширяется в результате химической реакции, и таким образом, сила, создающая давление через расширяющийся элемент на грунт, вызывается в основном химической реакцией.

[0011] Кроме этого, устройство, согласно настоящему изобретению, отличается тем, что вещество, которое расширяется в результате химической реакции, и таким образом сила, создающая давление через расширяющийся элемент на грунт, вызывается в основном химической реакцией.

[0012] Существенное отличие данного изобретения заключается в том, что в грунте или сооружении выполняют отверстие, в котором размещают инжекторную штангу с заполняемым расширительным элементом. В указанный расширительный элемент инжектируют вещество, которое расширяется в результате химической реакции. Расширительный элемент, заполненный прореагировавшим веществом, затвердевает, заполняет или замещает окружающий грунт или поднимает и закрепляет наземные сооружения. Усилие, прижимающее расширительный элемент к грунту, возникает в результате химической реакции, которая приводит к расширению вещества, инжектированного в расширительный элемент. Также вещество застывает очень быстро, поэтому нет необходимости в использовании в данном техническом решении клапанов. Расширительный элемент позволяет расширяющемуся веществу размещаться управляемым образом в желаемой точке. Таким образом, локализация давления расширения полностью контролируется. Также, например, на рыхлой почве можно использовать вещество, обладающее большой силой сжатия. Инжекторную штангу можно разместить в очень небольшом отверстии, поэтому нет необходимости в значительных земляных работах. Так как вещество застывает очень быстро, то не происходит значительного пространственного неуправляемого перемещения вещества в случае повреждения расширительного элемента. Кроме того, при использовании способа для подъема сооружений повреждение расширительного элемента не приводит к значительному ослаблению прочности фундамента здания. В целом, механизмы и устройства, используемые, в соответствии с данным изобретением, обладают довольно малыми габаритами и простотой и, что особенно важно, с точки зрения обеспечения безопасности работ.

[0013] Отличием, в соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения, является то, что инжекторную штангу оставляют на ее месте в грунте для того, чтобы закрепить расширительный элемент и расширившееся в нем вещество в указанном месте. Это позволяет расширительному элементу оставаться в желаемой точке также и в мягком грунте.

[0014] Отличием, в соответствии со вторым вариантом воплощения настоящего изобретения, является то, что указанная инжекторная штанга установлена с возможностью прохождения через расширительный элемент и тем, что на сторонах инжекторной штанги выполнены отверстия для проведения инжектирования вещества в расширительный элемент с тем, чтобы указанное вещество заполняло этот расширительный элемент. Такое решение обладает простотой, функциональностью и эффективностью.

[0015] Отличием, в соответствии с третьим вариантом воплощения настоящего изобретения, является то, что расширительный элемент, по существу, непроницаем для воздуха и, таким образом, расширительный элемент имеет герметичное пространство для обеспечения контролируемой реакции расширения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0016] Изобретение будет более подробно описано ниже со ссылками на приложенные чертежи, где

[0017] Фиг.1 - схематический вид продольного сечения инжекторной штанги с расширительным элементом;

[0018] Фиг.2 - схематический вид инжекторной штанги и расширительного элемента, согласно фиг.1, размещенных на месте, и с прореагировавшим инжектированным веществом;

[0019] Фиг.3 - схематический вид улучшенной несущей способности грунта;

[0020] Фиг.4а - схематический вид продольного сечения другой инжекторной штанги и расширительного элемента;

[0021] Фиг.4b - вид, согласно фиг.4а, с заполненным расширительным элементом;

[0022] Фиг.5 - схематический вид продольного сечения инжекторной штанги и расширительного элемента, размещенного внутри защитной трубы;

[0023] Фиг.6 - схематический вид инжекторной штанги и расширительного элемента, соединенных с трубой большего размера;

[0024] Фиг.7 - вид, согласно фиг.6, когда инжекторная штанга и расширительные элементы соединены с трубой большего размера; и

[0025] Фиг.8 - схематический вид подъема сооружения.

[0026] Для большей ясности на чертежах некоторые варианты воплощения показаны упрощенно. На чертежах одинаковые элементы имеют одинаковые цифровые обозначения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0027] На фиг.1 показана инжекторная штанга 1 или инжекторный шток. В варианте воплощения, показанном на фиг.1, верхний конец инжекторной штанги 1 полый, а его нижний конец закрыт. Наружный диаметр инжекторной штанги 1 может изменяться от 3 до 200 мм. Длина инжекторной штанги 1 может изменяться от 0,5 до 100 м. Инжекторная штанга 1 может быть изготовлена из металла, например, такого как сталь.

[0028] Иинжекторная штанга 1 может быть также изготовлена из другого материала, такого как пластичный материал, например, полиэтилен РЕ. Кроме того, инжекторная штанга 1 может представлять собой, например, шланг или трубу, выполненную из пластичного материала.

[0029] Заполняемый расширительный элемент 2 выполнен вокруг инжекторной штанги 1. Расширительный элемент 2 предпочтительно изготавливается из непроницаемого для воздуха материала и, по существу, нерастяжимого. Таким материалом может быть геотекстиль. Помимо него можно использовать другой гибкий и прочный материал.

[0030] Расширительный элемент может быть изготовлен из пластичного материала, такого как полиэстер или полипропилен или искусственное или натуральное волокно. Он может быть также изготовлен из резины или другого эластомера. Стенка расширительного элемента может быть проницаема или не проницаема для воздуха. Стенка расширительного элемента 2 может также быть гибкой и негибкой. Стенка расширительного элемента 2 может также быть выполнена с армирующим стекловолокнистым материалом или другим подходящим армирующим материалом. Расширительный элемент может быть выполнен со швами или быть бесшовным. Швы могут выполняться при шитье, склеивании, с использованием скрепляющего элемента, клепки, сварки, пайки, сплавления или другого механического, химического, термического или электрического способа или их комбинаций.

[0031] Толщина стенки расширительного элемента 2 может изменяться от 0,02 до 5 мм в зависимости от материала, размера расширительного элемента 2, давления расширения и т.п. Инжекторную штангу 1 предпочтительно размещают через расширительный элемент 2 так, чтобы расширительный элемент 2 был прикреплен к инжекторной штанге 1, например, так, как показано на фиг.1 посредством нижнего крепежного средства 3а и верхнего крепежного средства 3b. До размещения инжекторной штанги 1 в грунте расширительный элемент 2 оборачивают или складывают вокруг инжекторной штанги 1. Когда расширительный элемент 2 полностью заполняется твердым веществом, его внешний диаметр может изменяться от 20 см до 5 м. Аналогично, длина расширительного элемента 2, т.е. расстояние между нижним крепежным средством 3а и верхним крепежным средством 3b может изменяться от 20 см до 100 м.

[0032] Расширительный элемент 2 может, например, иметь форму цилиндрического шланга. Верхний и нижний концы расширительного элемента 2 могут быть уже, в то время как диаметр его средней части может быть большим. Внешний вид расширительного элемента 2 до инжектирования в него вещества несоответствующий. После того как вещество достигает внутренней части расширительного элемента, расширительный элемент принимает свой окончательный внешний вид.

[0033] Нижнее крепежное средство 3а и верхнее крепежное средство 3b могут представлять собой, например, хомут шланга. Кроме того, крепежные средства могут быть, например, металлическими манжетами, выполненными в виде части трубы. Металлическая манжета может быть укреплена на своем месте напрессовкой.

[0034] Нижнее крепежное средство 3а, или верхнее крепежное средство 3b, или оба могут быть выполнены подвижными, причем в этом случае, когда расширительный элемент 2 заполняется, они скользят в подходящее место. По сравнению со стационарными крепежными средствами это техническое решение имеет то преимущество, что оно позволяет избежать повреждения и даже поломки инжекторной штанги. Например, нижнее крепежное средство может быть выполнено подвижным путем размещения подвижной манжеты на нижнем конце твердой инжекторной штанги. Стенка расширительного элемента расположена на подвижной манжете, а запирающая манжета размещена вокруг него, стенка расширительного элемента, таким образом, находится неподвижно между запирающей манжетой и подвижной манжетой. Когда подвижная манжета скользит вдоль поверхности штанги, крепежное средство движется по мере заполнения расширительного элемента.

0035] На фиг.1 схематически показано инжектирующее средство 4, которое содержит контейнеры, в которых хранится вещество, инжектируемое в расширительный элемент 2, и средства для подачи вещества от указанного контейнера в полую верхнюю часть инжекторной штанги 1. Конструкция средства может быть очень простой и легкой, так как оно не должно создавать никакого давления для расширения в грунте расширительного элемента 2. Указанное средство создает давление для подачи в расширительный элемент инжектируемого вещества по рукавам и шлангам, но не создает реального давления расширения, а давление расширения создается внутри расширительного элемента 2 благодаря химической реакции. Инжектирующее средство 4 не описывается здесь детально, так как его конструкция и работа ясны для специалиста в данной области.

[0036] Инжектируемое вещество течет, как показано стрелкой на фиг.1, через полую верхнюю часть инжекторной штанги 1 и через отверстия 5, выполненные по бокам инжекторной штанги 1, в расширительный элемент 2. В расширительном элементе 2 происходит химическая реакция, в результате которой вещество расширяется внутри расширительного элемента 2.

[0037] Иинжекторная штанга 1 может также состоять из жесткой внешней трубы и шланга или трубы, размещенной внутри. Внутренняя труба выполнена подвижной вперед и назад внутри внешней трубы и при необходимости также поворотной. Инжектируемое вещество течет по внутренней трубе и выходит через ее нижний конец и далее через отверстия, выполненные по бокам наружной трубы, к расширительному элементу. По мере заполнения расширительного элемента внутренняя труба вытягивается из наружной трубы. Следовательно, когда происходит заполнение расширительного элемента, инжектируемое вещество течет в расширительный элемент от точки, расположенной все ближе и ближе к концу инжекторной штанги, обращенному в сторону инжектирующего средства. Внутренняя труба может вытягиваться из внешней трубы постоянно или равномерно или пошагово. Кроме того, предлагаемое изобретение позволяет подать инжектируемое вещество в желаемую точку расширительного элемента. Например, внутренняя труба может быть полностью удалена из внешней трубы, и вещество можно инжектировать в верхнюю часть расширительного элемента и ожидать окончания реакции и затвердевания вещества, а затем внутреннюю трубу можно задвинуть назад внутрь и производить инжектирование вещества ниже в расширительный элемент. Указанное решение дает возможность расширительному элементу также расширяться, например, в месте, которое локально содержит плотный грунт.

[0038] На фиг.2 показана ситуация, когда инжекторная штанга 1 расположена в грунте и вещество внутри расширительного элемента 2 уже прореагировало, что привело к расширению расширительного элемента 2.

[0039] Сначала, используя соответствующие методы, измеряют несущую способность грунта и другие необходимые характеристики грунта. Несущая способность грунта может быть измерена, например, с помощью пенетрометра или другого геологического или геотехнического аналитического метода. Измерения и анализ позволяют произвести вычисления, относящиеся к исследуемому грунту. На основе этих измерений, анализа и вычислений могут быть локализованы точки, подлежащие обработке. Подобная локализация места, подлежащего обработке, зависит от состояния грунта. Целью является получение ясной картины грунта по вертикали, по горизонтали, а также в поперечном сечении для правильной обработки грунта. На основе полученных результатов изготавливается инжекторная штанга 1 и к ней прикрепляется расширительный элемент 2. Высота и объем расширительного элемента 2 и количество расширительных элементов 2 выбирают на основе состояния грунта. Когда данное техническое решение применяют для поднятия сооружений, то, естественно, это зависит от их габаритов, веса, и вычисляют необходимую подъемную силу. В грунте бурят отверстие 6. Инжекторную штангу 1, оборудованную расширительным элементом 2, вводят в отверстие 6. Расширяющееся вещество инжектируют в расширительный элемент 2. Расширяющимся материалом может быть полимер, расширяющийся сырой каучук или органически некристаллизующееся химически расширяемое многокомпонентное вещество.

[0040] В качестве расширяющегося вещества может применяться, например, смесь, в основном состоящая из двух компонентов. В этом случае первый компонент в основном содержит, например, простой полиэфирполиол и/или сложный полиэфирполиол. Второй компонент может содержать, например, изоцианат. Объемные соотношения первого и второго компонентов могут меняться, например, в пределах от 0,8 до 1,2: от 0,8 до 1,8. Расширяющееся вещество может также содержать катализаторы и воду и, при желании также другие компоненты такие как оксид кремния, каменный порошок, армирующие волокна, и другие возможные присадки и/или добавки и/или наполнители.

[0041] Инжектируемое вещество является предпочтительно веществом, которое начинает реагировать и расширяться в пределах от 0,5 до 3600 секунд после его инжектирования внутрь расширительного элемента 2. В одном варианте воплощения вещество начинает реагировать не ранее чем через 20 или не ранее чем через 25 секунд с начала инжектирования, причем расширительный элемент 2 наполняется равномерно и с очень малым риском поломки. Кроме того, в этом варианте воплощения вещество начинает реагировать не ранее чем 50 секунд с начала инжектирования, что упрощает проведение этой операции.

[0042] Вещество расширяется, например, с 1 до 120 раз его начального объема. Коэффициент расширения вещества, т.е. объем вещества после окончания реакции по сравнению с объемом вещества в начале реакции, может составить величину, например, порядка 1,1 к 120. Предпочтительно, чтобы вещество было выбрано с коэффициентом расширения от 1,5 до 20 раз его начального объема.

[0043] Расширяющийся материал затвердевает, заполняет или замещает окружающий грунт в зависимости от типа или плотности окружающего грунта. Замещение происходит путем выталкивания в стороны имеющегося грунта. Грунт может быть сжимаемым и несжимаемым. Получаемый окончательный результат может быть измерен с использованием метода замера грунта. В этом случае для проведения измерений могут также использоваться, например, пенетрометр или другой геотехнический измерительный прибор.

[0044] Предпочтительно, чтобы вещество очень быстро достигло очень большой силы сжатия. Продолжительность времени, в течение которого вещество достигает большой силы сжатия, зависит от множества различных факторов, таких как количество вещества, объем расширительного элемента, скорость реакции вещества, преобладающие температурные условия, окружающий грунт и предполагаемая нагрузка на грунт. Вещество может достичь, например, от 80 до 90% окончательной силы сжатия в течение примерно от 10 до 15 минут. Затем, например, в отношении подъема сооружений расширяющееся вещество способно принимать нагрузки и никакие серьезные неблагоприятные явления не происходят, даже если расширительный элемент 2 разрушается. Количество вещества, инжектируемого в расширительный элемент 2, зависит от объема расширительного элемента 2 так же, как и от определенной несущей способности грунта и также от желаемого результата. Операция определения необходимого количества вещества требует данных по расширению инжектируемого вещества, т.е. данных, насколько вещество расширяется, как много времени это занимает и какие величины сил это вызывает. Таким образом, ясно, что это количество определяется по данным расширения. Еще объем расширительного элемента 2 определяют в зависимости от того, как он используется для имеющегося в наличии объема.

В случае, например, операции подъема всегда необходимо максимально наполнить расширительный элемент 2.

[0045] Результирующая сила давления вещества может быть определена методами контроля перед инжектированием. В этом случае окончательная силу давления вещества определяют заранее, т.е. до инжектирования на основе сопротивления грунта и имеющегося в наличии объема, т.е. объема расширительного элемента 2.

[0046] Давление, развиваемое используемым веществом, т.е. сила на единицу площади, может изменяться, например от 1 миллибара до 800 бар. Усилие давления при этом может изменяться, например от 1 миллибара до 3000 бар. Окончательная плотность вещества может изменяться, например от 10 до 1200 кг/м³ .

[0047] Расширительный элемент 2 таким образом может иметь форму, например, цилиндрического рукава или другую подобную форму, определяемую нежестким материалом его стенки. Инжекторная штанга 1 необязательно должна проходить через расширительный элемент 2, в этом случае расширительный элемент 2 может быть прикреплен, например, к инжекторной штанге 1. В этом случае расширительный элемент 2 может представлять собой, например, мешок или куль и прикрепляется к инжекторной штанге 1 в одном месте так, чтобы вещество могло течь через полую инжекторную штангу 1 от его конца к расширительному элементу 2.

[0048] Если грунт обладает приемлемой мягкостью и инжекторная штанга 1 обладает достаточной жесткостью, то отверстие 6 может быть выполнено посредством введения инжекторной штанги 1 в грунт. В этом случае операция по созданию отверстия и введением инжекторной штанги 1 в отверстие, по существу, происходят одновременно. Кроме того, перед введением инжекторной штанги 1 в грунт можно выполнить отверстие с диаметром, меньшим, чем диаметр инжекторной штанги. Однако обычно бурят отверстие для инжекторной штанги 1 с диаметром, большим, чем диаметр инжекторной штанги 1. В этом случае отверстие 6 также легко принимает и расширительный элемент 2, обернутый вокруг инжекторной штанги.

[0049] Для уменьшения размера отверстия, необходимого для размещения в нем расширительного элемента 2, расширительный элемент желательно выполнить по возможности с наименьшим диаметром. Расширительный элемент сворачивают вокруг инжекторной штанги 1 и по возможности с наименьшими размерами, например, посредством наиболее плотного прижатия его к инжекторной штанге 1. Внешний диаметр расширительного элемента может быть также уменьшен с использованием нагревания, сжатого воздуха, влаги, отсоса и/или давления, например, путем роликового каландрирования. Можно также обеспечить плотное прилегание расширительного элемента 2 к инжекторной штанге 1 посредством пластиковой пленки на верхнем конце элемента. Пластиковая пленка может быть установлена на верхнем конце расширительного элемента 2, например, путем надевания или намотки.

[0050] Возможно оставить пластиковую пленку на расширительном элементе 2 так, чтобы инжектируемый материал инжектировался бы внутрь пластиковой пленки. Это обеспечивает то, что инжектируемый материал будет обладать усилием давления, достаточным для разрыва пленки и обеспечения расширения расширительного элемента. Пленка может быть снабжена линией отрыва, такой как перфорация, в этом случае требуемая сила отрыва должна быть точно определена. Кроме того, сила отрыва может быть разной на разных участках пленки. Использование пленки на расширительном элементе 2 совместно с инжекторной штангой, имеющей внешнюю трубу, обеспечивает возможность расширения расширительного элемента 2 в выбранной точке.

[0051] Изучение грунта может привести к обнаружению пустот, которые существуют в грунте и требуют заполнения. Инжекторную штангу 1 довольно просто расположить в указанной пустоте, например, инжекторная штанга 1, согласно фиг.1, проходит сквозь пустоту. Расширительный элемент 2 затем размещается в указанной пустоте. Расширяющееся вещество внутри расширительного элемента 2 заполняет эту пустоту, и указанный расширительный элемент 2 предотвращает вытекание расширяющегося вещества из пустоты.

[0052] При необходимости процесс может также включать извлечение инжекторной штанги 1 из грунта таким образом, чтобы для заполнения выбранной точки оставался только расширительный элемент 2. Однако инжекторная штанга 1 также может быть оставлена на своем месте для надежного удержания расширительного элемента 2 и указанного вещества.

[0053] На фиг.2 показана ситуация, когда слой грунта 7b и нижний несущий слой грунта 7с, обладающий низкой несущей способностью, находится между верхним слоем грунта 7а и несущим слоем грунта 7с. Размеры расширительного элемента 2 выбирают так, чтобы он заполнил слой грунта 7b, который обладает низкой несущей способностью. Верхний и нижний концы инжекторной штанги 1 в свою очередь прочно закрепляются в несущих слоях грунта 7а и 7с. В этом случае расширительный элемент 2 и имеющееся вещество остаются на своем месте, даже когда слой грунта, обладающий низкой несущей способностью, очень мягкий.

[0054] На фиг.3 схематически показано, как можно укрепить слой грунта 7b, обладающий низкой несущей способностью. Используют ряд инжекторных штанг 1, снабженных расширительным элементом 2, и расположенных рядом друг с другом. При необходимости можно также использовать ряд расширительных элементов 2, размещенных один над другим, либо использовать одну инжекторную штангу 1 с рядом расширительных элементов, либо использовать соединение каждого расширительного элемента 2 со своей инжекторной штангой 1. Таким способом можно использовать расширительные элементы 2, наполненные прореагировавшим веществом, для поддержания верхнего слоя грунта 7а. Это обеспечивает значительное улучшение несущей способности грунта. Слой грунта 7b, обладающий низкой несущей способностью, необязательно уплотняется, но, например, вариант воплощения, согласно фиг.3, приводит в любом случае к увеличению несущей способности.

[0055] На приложенных чертежах показана инжекторная штанга 1 с одним расширительным элементом 2, но при необходимости можно установить два или более расширительных элементов 2 на одном инжекторной штанге 1, которые нужно заполнить расширяющимся веществом.

[0056] Как показано на фиг.4а, расширительный элемент 2 необязательно должен быть размещен снаружи инжекторной штанги 1. Если внутренний диаметр инжекторной штанги 1 достаточен, например, по крайней мере, 50 мм, расширительный элемент 2 размещается в сложенном виде внутри инжекторной штанги 1. В таких случаях расширительный элемент 2 может представлять собой, например, мешок или куль и его горловина закрепляется на нижнем конце инжекторной штанги 1.

[0057] Как показано на фиг.5, снаружи инжекторной штанги 1 и расширительного элемента 2 может быть расположена защитная труба 8. Инжекторная штанга 1 и расширительный элемент 2 устанавливают в грунте при помощи защитной трубы 8. Защитная труба 8 вытягивается наружу перед инжектированием вещества в расширительный элемент 2.

[0058] На фиг.6 показана конструкция, в которой на стенках трубы 9 большего диаметра размещен ряд расширительных элементов 2. Шланги для инжектирования вещества в расширительные элементы 2 служат в качестве инжекторных штанг 1. Шланги могут быть расположены внутри трубы 9, имеющей больший диаметр.

[0059] В варианте воплощения настоящего изобретения, показанном на фиг.7, расширительные элементы 2 расположены снаружи большей трубы 9. В варианте воплощения на фиг.7 два расширительных элемента 2 расположены один над другим и закреплены при помощи крепежных средств 3а, 3b и 3с. Также в этом варианте воплощения шланги, служащие в качестве инжекторных штанг 1 расположены внутри трубы 9, имеющей больший диаметр.

[0060] На фиг.8 показан основной принцип операции подъема наземного сооружения 10. Количество инжектируемого вещества в процессе подъема может быть определено посредством наблюдения за вертикальным перемещением наземного сооружения. Наблюдение за вертикальным перемещением означает наблюдение за началом движения сооружения или наблюдение за подъемом сооружения на требуемую высоту. На фиг.8 наземное сооружение 10 является дорожным покрытием. При подъеме наземного сооружения расширительный элемент, по крайней мере, частично поддерживается грунтом.

[0061] В некоторых случаях признаки, раскрытые в настоящем изобретении, могут использоваться независимо от других его признаков. С другой стороны признаки, изложенные в настоящем изобретении, могут при необходимости использоваться в совокупности для обеспечения их различных комбинаций.

[0062] Приведенные чертежи и относящееся к ним описание предназначены только для иллюстрации идеи данного изобретения. В деталях изобретение может изменяться в объеме формулы изобретения.

[0063] В дополнение к укреплению грунта раскрытое техническое решение может быть использовано для подъема наземных сооружений, когда, например, поврежденные, осевшие или сдвинутые здания или фундаменты или полы зданий поднимают и закрепляют. Кроме того, данное изобретение может использоваться для подъема и укрепления, например, сдвинутых дорожных покрытий. Процесс подъема может вызывать необходимость наличия свободного пространства под сооружением. В этом случае отверстие может быть пробурено сквозь сооружение, и инжекторную штангу 1 помещают через него, чтобы указанный расширительный элемент попал в пустое пространство. Далее расширительный элемент наполняется, как описано выше, т.е. химическая реакция расширения происходит внутри расширительного элемента, и он заполняет пустое пространство. Инжекторная штанга 1 может быть установлена вертикально вниз или наклонно вниз. Кроме того, инжекторную штангу 1 также можно расположить горизонтально при обработке, например, грунта набережных. Настоящее изобретение также можно использовать для подъема и закрепления опор и подступов мостов.

[0064] Техническое решение, согласно данному изобретению, также можно использовать для сооружения защитной дамбы, которая предотвращает проникновению воды в почву или котлован. Таким же образом можно использовать данное техническое решение для укрепления откосов котлована. Защитная дамба или защита котлована могут быть обеспечены посредством размещения расширительных элементов рядом друг с другом. Инжектируемое вещество может быть инжектировано снаружи инжектирующих элементов между указанными элементами для закрепления этих инжектирующих элементов друг с другом.

[0065] Предпочтительно, количество инжектируемого вещества в расширительном элементе должно быть определено до инжектирования на основе характеристик грунта, объема расширительного элемента и желаемого эффекта. Количество инжектируемого вещества может быть также определено путем контроля за процессом наполнения расширительного элемента. Указанный контроль может быть осуществлен с помощью, например, земного радара. В этом случае материал расширительного элемента, например, может быть выбран так, чтобы он был виден на радаре. Например, стенка расширительного элемента может содержать металлические волокна, чтобы расширительный элемент был четко виден на радаре. Кроме того, количество инжектируемого вещества может быть определено посредством контроля консистенции грунта или плотности заполняемого материала. Еще одним решением является установка датчика давления внутри расширительного элемента или на стенке расширительного элемента на внутренней или внешней стенке. Датчик давления может быть также размещен в грунте вблизи расширительного элемента, т.е. снаружи расширительного элемента. Кроме того, размеры расширительного элемента могут быть проконтролированы с помощью термографической камеры.

[0066] Процесс контроля расширительного элемента с целью определения количества инжектированного вещества может быть также выполнен таким образом, что вещество инжектируется в расширительный элемент до тех пор, пока расширительный элемент не разрушится, и вещество не выйдет наружу, однако без повреждения ремонтируемого сооружения. Разрушение расширительного элемента фиксируется на основе звука или толчка. Однако перед разрушением расширительный элемент 2 задерживает распространение вещества в определенную точку. Указанное вещество затвердевает настолько быстро, что даже если расширительный элемент разрушается, то оно не сползает на большое расстояние от зоны инжектирования даже в мягких грунтах.

[0067] Предпочтительно, чтобы стенка расширительного элемента была выполнена из герметичного материала. В этом случае расширительный элемент может не содержать кислорода. Если внутри расширительного элемента не содержится кислорода, то реакция вещества проходит очень хорошо. С другой стороны, нет необходимости в том, чтобы расширительный элемент внутри полностью не содержал кислорода. Однако кислородонепроницаемая стенка обеспечивает, что кислород, по существу, не проникает снаружи в расширительный элемент. Когда стенка расширительного элемента предотвращает дополнительный приток кислорода, то реакция расширения вещества может оставаться под контролем.

[0068] Нет необходимости, чтобы стенка расширительного элемента оставалась целой после завершения реакции расширения. Однако в начале реакции расширения расширительный элемент задерживает распространение вещества и оно остается в желаемой области, при этом даже в пористом грунте вещество не начинает сползать. После того как вещество прореагирует, т.е. достаточно быстро затвердеет, не происходит какого-либо неконтролируемого сползания вещества в грунте, даже в случае разрушения стенки расширительного элемента.