АРМИРОВАННАЯ ГРУНТОЦЕМЕНТНАЯ СТЕНА ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ОТ ОТКАПЫВАЕМОГО ВБЛИЗИ КОТЛОВАНА

Полезная модель относится к области строительства и может быть применена при инженерной подготовке строительных площадок для нового строительства в целях защиты существующих зданий от воздействия откапываемого в непосредственной близости глубокого котлована под новое строительство, а также для укрепления бортов глубоких котлованов.
Для защиты существующих зданий и сооружений от воздействия откапываемого вблизи котлована на сегодняшний день известны, в основном, шпунтовые ограждения из буронабивных свай, в том числе с применением металлических труб большого диаметра.
Известно, например, шпунтовое ограждение по патенту (RU 115372, МПК E02D 5/02, опубл. 27.04.2012), представляющее собой сплошную стенку из шпунтовых свай, изготовленных из полимерного материала, армированного наполнителем из стекловолокна, соединенных между собой посредством стыковки профилированного края с охватываемой формой и профилированного края с охватывающей формой и скрепленных наружным горизонтальным силовым поясом.
Известно сооружение для локализации и укрепления слабого грунта (патент RU 89542, МПК E02D 17/18, опубл. 10.12.2009), которое содержит двойное шпунтовое ограждение, установленное со стороны одной из боковых стенок котлована и заполненное внутри до уровня поверхностного слоя насыпным слоем, например, из глины, дренажные трубы, расположенные по периметру котлована, и поверхностный слой, закрывающий котлован сверху, с размещением внизу него геомембраны и вверху - георешетки.
Недостатками известных сооружений являются:
- невозможность забивки или задавливания металлических шпунтовых свай в виду наличия в грунтах железобетонных и металлических захороненных предметов;
- динамические воздействия при забивке свай на расположенные вблизи существующие здания и сооружения;
- высокая стоимость по устройству буронабивных свай;
- невозможность установки на площадке между существующим зданием и откапываемым котлованом мощной техники, используемой для устройства буронабивных свай;
- шпунтовые ограждения выполняют роль временных сооружений на период работ по откопке котлована и возведения подземной части здания.
Задачей полезной модели является повышение эффективности защиты зданий и сооружений от откапываемого вблизи котлована, а также удешевление работ.
Задача решается армированной грунтоцементной стеной для защиты зданий и сооружений от откапываемого вблизи котлована, выполненной в виде единого грунтоцементного армированного массива, включающего металлические неизвлекаемые инъекторы в виде труб диаметром 32-76 мм, состоящие из глухой, перфорированной части и острия, забитые в предварительно пробуренные по сетке скважины, расположенные в шахматном порядке, причем часть инъекторов введена под фундамент защищаемого здания, а все инъекторы обвязаны посредством сварки на уровне поверхности земли стальным прутком диаметром 10-20 мм, и через них в грунт под пригрузом введен инъекционный цементный раствор.
Согласно полезной модели:
- армированная грунтоцементная стена занимает площадь между защищаемым зданием и бортом откапываемого котлована, а также часть площади под основанием защищаемого здания, причем глубина грунтоцементной стены определяется глубиной вхождения в грунт острия инъекторов и превышает глубину котлована не менее, чем на 200 см;
- пригрузом являются естественные грунты или специальная плита;
- перфорированная часть инъектора начинается от подошвы фундамента защищаемого здания, а глухая часть равна высоте фундамента;
- в одной скважине расположены несколько различных по высоте инъекторов, предназначенных для цементации различных по глубине слоев грунта, а перфорированная часть каждого последующего инъектора расположена ниже перфорированной части предыдущего, не перекрывая ее;
- скважины пробурены вертикально и/или наклонно;
- каждый инъектор зафиксирован в скважине пакером, который может быть как поверхностным, так и глубинным;
- скважины расположены не менее, чем в 3 ряда;
- цементный раствор, нагнетаемый в инъекторы, состоит из цемента и воды, и в него добавляют цементную пыль и жидкое стекло, или цементную пыль, глину бентонитовую и жидкое стекло, или цементную пыль, песок мелкой фракции и жидкое стекло, или жидкое стекло.
Сущность полезной модели поясняется рисунками, где показана заявляемая армированная грунтоцементная стена для защиты зданий и сооружений от откапываемого вблизи котлована:
на фиг.1 - схема расположения инъекторов стены в толще земли;
на фиг.2 - схема расположения инъекторов, вид сверху.
Армированная грунтоцементная стена содержит металлические неизвлекаемые инъекторы 1. Позицией 2 обозначено защищаемое здание, позицией 3 - борт откапываемого вблизи котлована, позицией 4 - образованный грунтоцементный армированный массив.
Сооружение армированной грунтоцементной стены осуществляют следующим образом.
На первом этапе работ проводят разметку сетки под скважины, их бурение и последующую забивку инъекторов 1. Разметка ведется по естественному рельефу, на расстоянии 50-70 см от борта 3 откапываемого котлована. Скважины могут быть пробурены вертикально, наклонно или иметь лучевое расхождение в зависимости от назначения грунтоцементной стены.
Сначала создают барьерный ряд инъекторов. За барьерным рядом инъекторы 1 забивают в предварительно пробуренные по сетке скважины. Размеры сетки зависят от состава и свойств грунтов. После забивки всех инъекторов 1 производится их обвязка круглым стальным прутком (не показано). Обвязка производится сваркой стального прутка с телом инъектора 1.
Затем в инъекторы 1 нагнетают инъекционный цементный раствор. В инъекторы барьерного ряда инъекционный раствор нагнетают в первую очередь, причем в более вязкой консистенции с применением быстротвердеющих добавок, что позволяет создать экран, препятствующий прорыву инъекционного раствора за пределы цементируемой зоны, и дает ощутимую экономию расходных материалов.
При установке в одну скважину двух или трех инъекторов, предназначенных для поочередной цементации двух или трех зон по различной глубине расположения, перфорированная часть каждого из них расположена ниже перфорированной части предыдущего, не перекрывая ее. При этом при установке двух инъекторов второй инъектор будет иметь глухую часть, равную перфорированной части первого инъектора, а при установке третьего инъектора высота его глухой части будет складываться из суммы высот перфорированных частей первого и второго инъектора для точного растекания инъекционного раствора по каждой из зон укрепления (цементации) по глубине. Цементацию зон грунта по глубине производят поэтапно - нисходящим или восходящим способом (от более короткого инъектора к более длинному или наоборот).
По площади цементационные работы ведут постепенным сближением, начиная с максимальных расстояний между инъекторами, при которых гидравлическая связь между ними при нагнетании раствора практически отсутствует. В случае усложнения с нагнетанием проектного количества растворов инъекционный раствор подают в зону цементации через каждый инъектор поэтапно, создавая в зоне цементации послойное грунто-цементное соединение. В результате образуется грунтоцементный армированный массив 4.
Количество рядов устанавливаемых инъекторов не должно быть менее 3-х. Инъекторы в рядах размещаются в шахматном порядке.
Укрепление грунтов выполняют под пригрузом, создаваемым вышележащими естественными грунтами, телом сооружения или специальной плитой. Вес, деформационные свойства, несущая способность и водопроницаемость пригрузочного слоя должны обеспечивать проведение цементации при проектном давлении раствора без нарушения сплошности пригрузочного слоя и без утечки цементного раствора на поверхность или в пригрузочный слой. Цементацию ведут под рабочим давлением от 5-15 атм.
По окончании цементационных работ надземную часть инъектора срезают и заливают цементной пробкой.
Полезная модель поясняется таблицами 1-3, в которых показаны примеры применения заявляемого технического решения на конкретных объектах (3 объекта).
Таблица 1.
Характеристики грунтов на каждом из объектов и виды работ по их укреплению.
№ объекта
Вид грунтов, особенности
Цель работ по укреплению грунтов
Количество растворов, использованные добавки
1
Грунты сильноводопроницаемы, открытые карстовые полости, мергель, аргилит, песчаник, карстово-суффозионный процесс
Укрепление грунтов с целью исключения воздействия на жилой дом откапываемого котлована под строительство административного здания с подземной автостоянкой. Глубина котлована 8-10 метров
Цемент, вода, жидкое натриевое стекло.
2
Оползневые, просадочные грунты и сульфатно-карбонатный карст (суглинки), глины.
Укрепление грунтов с целью исключения воздействия на жилой дом откапываемого котлована под строительство подземной
Водоцементный раствор, содержащий в качестве добавки жидкое калийное
ной автостоянки. Глубина котлована 7 метров
стекло.
3
Сульфатно-карбонатный карст, оползневые процессы, суглинки, глины. Грунты обводнены.
Укрепление грунтов с целью исключения воздействия на жилой дом откапываемого котлована под строительствздания физкультурно-оздоровительного центра.. Глубина котлована 10 метров
Водоцементный раствор с жидким натриевым стеклом и глиной бентонитовой.
Таблица 2.
№ o объекта
Модуль деформации, Мпа
удельное сцепление, Мпа
коэффициент пористости
угол внутреннего трения, град.
плотность. с/см3
1
10-15
0,023-0,031
0,78-0,087
16-19
1,88
2
13
0,03
18
1,94
3
17
0,030
18
1,94
Таблица 3.
№ объекта
модуль деформации,Мпа
удельное сцепление, Мпа
коэффициент пористости
угол внутреннего трения, град,
плотность, г/см3
1
15-27
0,036-0,053
19-20
2,2
2
30
0,06
24
2,06
3
30
0,050
21
2,036
Из таблиц следует, что в результате применения полезной модели в обрабатываемом грунте создается армированная грунтоцементная стена с повышенными физико-механическими свойствами.
Произведенные с использованием полезной модели работы показали, что ни на одном из объектов осадки существующих зданий не было. Борта котлована не осыпались и до окончания строительства имели вид грунтостеклянной поверхности.
Производство работ по устройству грунтоцементной армированной стены является экологически чистым, оборудование для производства работ не осуществляет вредных выбросов в атмосферу, так как работает от электрических блоков питания. Производство является почти безотходным.
Сооружение грунтоцементной армированной стены возможно практически на всех видах грунтов: скальных и полускальных в основании зданий и сооружений, в том числе в откосах котлованов, закарстованных, несвязных (песок, гравий, галечник), насыпных и просадочных.
В результате применения полезной модели создается практически однородное грунтоцементное сооружение (стена) с высокой несущей способностью. Укрепленный грунт представляет собой новый техногенный массив, состоящий из природных грунтов, вкраплений цементного камня, других введенных в грунт компонентов и неизвлекаемых стальных инъекторов, являющихся вертикальными элементами армирования техногенного массива, который совместно с наземным строением образует единую пространственную структуру, обладающую высокой распределительной и несущей способностью. Армированная грунтоцементная стена заменяет дорогостоящие ограждающие сооружения (шпунты из буронабивных свай), что дает ощутимую экономию при строительстве зданий и сооружений.
Таким образом, применение полезной модели позволяет повысить эффективность защиты зданий и сооружений от откапываемого вблизи котлована, а также удешевить работы.