СПОСОБ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА ПОД ЗДАНИЯМИ И СООРУЖЕНИЯМИ
METHOD OF GROUND CONSOLIDATION UNDER BUILDINGS AND FACILITIES

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для закрепления слабых грунтов под зданиями и сооружениями при проходке под ними тоннелей.
Известен способ закрепления грунта под зданиями и сооружениями, включающий бурение скважин с поверхности с последующим нагнетанием в них цементного или грунтоцементного раствора, который готовят для каждой геологической зоны в зависимости от напряжения, создаваемого массой грунта и сооружением [1].
Недостатком данного способа является то, что для закрепления грунта в каждой геологической зоне необходимо осуществить большой объем бурения, поскольку скважины бурят с поверхности.
Известен способ закрепления грунта под зданием и сооружением, включающий бурение в грунте с поверхности вертикальных и наклонных скважин, оси которых пересекаются или скрещиваются под фундаментом, затем в эти скважины нагнетают закрепляющий раствор с последующей выдержкой времени для набора прочности грунта [2]. Этот способ взят нами в качестве прототипа.
Недостатком этого способа является то, что наклонные скважины имеют значительную протяженность в зоне с повышенной нагрузкой, создаваемой массой грунта и здания, и до нагнетания в них закрепляющего раствора происходит разупрочнение грунта и его деформационные смещения.
Задачей изобретения является повышение устойчивости грунта под зданием и/или сооружением за счет создания нескольких защитных контуров по мере продвижения тоннеля в зоне воздействия на него нагрузки, создаваемой вышележащим грунтом, зданием и/или сооружением.
Это достигается тем, что в способе закрепления грунта под зданиями и вооружениями, включающем бурение в грунте наклонных скважин и нагнетание в них закрепляющего раствора, предварительно перед проходкой тоннеля под зданиями и сооружениями определяют зону воздействия на него нагрузки, создаваемой вышележащим грунтом, зданием и сооружением, затем при пересечении тоннелем этой зоны бурят из тоннеля скважины по верхнему его контуру под заданным углом к оси тоннеля и на одинаковом расстоянии между ними в направлении проходки, при этом шаг последующих контуров забуривания скважин в указанной зоне определяют из выражения
L=lcosα-2,
где L - шаг между контурами забуривания скважин, м;
l - глубина скважины в контуре, м;
α - угол наклона скважины к оси тоннеля, град,
далее осуществляют последовательно обработку каждого контура скважин путем подачи в них кислоты, обеспечивающей растворение карбонатных включений в грунте, с последующим нагнетанием закрепляющего раствора, в качестве которого используют крепитель с щавелевой кислотой.
Кроме того, при проходке тоннеля в слабых грунтах дополнительно бурят наклонные скважины в противоположном направлении проходки тоннеля.
На чертеже показана принципиальная схема закрепления грунта под зданиями и сооружениями.
Способ закрепления грунта под зданиями и сооружениями осуществляют следующим образом.
Перед проходкой тоннеля под зданием и сооружением предварительно определяют зону 1 воздействия нагрузки, создаваемой вышележащим грунтом 2, зданием 3 и/или сооружением (не показано), на тоннель 4 по известной методике. Место бурения скважин в контуре тоннеля принимают на участке вхождения его в зону воздействия нагрузки на тоннель. Затем из тоннеля по верхнему контуру 5 бурят скважины 6 на одинаковом расстоянии друг от друга. В зависимости от физико-механических свойств грунта и заданного запаса прочности кровли выбирают угол α наклона скважин к оси тоннеля в соответствии с экспериментальными данными в диапазоне α=10-20°. Глубина скважин зависит от заданной величины проходки тоннеля в сутки, а количество скважин в контуре определяют исходя из размера диаметра тоннеля. Для обеспечения устойчивого положения здания и/или сооружения по всей длине зоны воздействия нагрузки на тоннель бурят несколько контуров 7 забуривания, шаг между которыми определяют из выражения
L=lcosα-2,
где L - шаг между контурами забуривания скважин;
l - глубина скважины в контуре, м;
α - угол наклона скважины к оси тоннеля, град.
Далее осуществляют последовательно обработку каждого контура. Вначале в скважины одного контура одновременно подают через герметизирующее устройство 8 кислоту, например соляную, обеспечивающую растворение карбонатных включений в грунте, с последующим нагнетанием закрепляющего раствора. Для этого в смесительную установку 9 наливают полимер, например, КМ-8 объемом 60-70%, а затем добавляют 40-30% щавелевой кислоты. Все компоненты тщательно перемешивают в этой установке в течение 5-10 минут. Полученный закрепляющий раствор закачивают с помощью нагнетательного насоса 10 в грунт через скважины. Происходит проникновение раствора на глубину 12-14 м и в радиусе 1,5-2,0 м от скважины. В результате в грунте по полупериметру тоннеля образуется прочный полимергрунтовый каркас, который предотвращает смещения земной поверхности при сооружении тоннеля и создает долговечную устойчивость грунтов. При проходке тоннеля в слабых грунтах дополнительно бурят наклонные скважины 11 в противоположном направлении проходки тоннеля.
Пример реализации описанного способа.
3
-4
ф
Сооружаемый тоннель имеет диаметр 14,2 м и проходит на глубине h=10 м под зданием, имеющем историческую ценность. Грунт характеризуется следующими физико-механическими свойствами: пористость 0,3-0,4, природная влажность W=0,2-0,6, плотность грунта ρ=1,5-1,7 т/м, угол внутреннего трения φ=24-25 град., коэффициент фильтрации К=3-6 10 м/сутки. Предварительно перед проходкой тоннеля под зданием определяют зону воздействия на него нагрузки, создаваемой вышележащим грунтом и зданием по известной методике. Для данных условий эта зона находится на расстоянии, равном 24,8 м от контура фундамента здания. Место бурения скважин в контуре тоннеля принимают на участке вхождения его в зону воздействия нагрузки на тоннель. Для обеспечения равномерного распределения нагрузки на тоннель скважины бурят по верхнему его контуру на одинаковом расстоянии друг от друга и под углом к оси тоннеля, равным 15° при запасе прочности кровли тоннеля 20 кН. Глубина скважины в контуре находится в диапазоне 14-18 м при проходке тоннеля 12-16 м в сутки. Для конкретных условий количество скважин, пробуренных по контуру тоннеля, равно 20-22 при расстоянии между ними, равном 0,8-1,0 м. Протяженность зоны воздействия на тоннель нагрузки вышележащего грунта и здания составляет 150 м. Шаг последующих контуров забуривания скважин в этой зоне определяют из вышеуказанного выражения, который равен 12 м. Таким образом, будет забурено 10 контуров с 20 скважинами в каждом контуре. Обработку скважин осуществляют одновременно в каждом контуре путем подачи в них через герметизирующее устройство типа Г-1В кислоты, например соляной кислоты, обеспечивающей растворение карбонатных включений в грунте, с последующим нагнетанием посредством насоса типа АН закрепляющего раствора, в состав которого входит крепитель КМ-8 и щавелевая кислота. В результате закрепления грунта вокруг сооружаемого тоннеля исключены деформационные сдвижения грунтов и смещения здания над строящимся тоннелем, что обеспечивает повышение устойчивости грунта под зданиями и/или сооружениями.
Источники информации
1. Патент РФ №2133795 по кл. E02D 3/12, 1998.
2. Патент РФ №2103441, кл. 6 E02D 3/12, 1986 (прототип).