СПОСОБ КОРРЕКТИРОВКИ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ОСАДОК ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ НА ПЛИТНОМ ФУНДАМЕНТЕ
METHOD TO CORRECT IRREGULARITIES OF BUILDINGS AND STRUCTURES SUBSIDENCE ON SLAB FOUNDATION

Предлагаемое изобретение относится к строительству и может быть использовано для выравнивания неравномерно осевших зданий и сооружений на плитных фундаментах.
Известен способ адаптации плитного фундамента к изменению характеристик грунтового основания (патент РФ №2184812, Е02D 27/28, опубл. 10.07.2002 г.), включающий устройство в тело плиты адаптационных технологических и измерительных каналов и установку в них датчиков, с помощью которых производится оценка физико-механических свойств грунта и, в случае необходимости, инъецирование уплотняющего и закрепляющего растворов в зоне пониженной плотности грунтового основания с оценкой скорости уплотнения и проникновения раствора в грунт в зависимости от давления.
Недостатком данного способа является большая трудоемкость устройства адаптационных, технологических и измерительных каналов в густоармированном плитном фундаменте, обусловленная их большим количеством и сложностью изготовления.
3
Наиболее близким к предлагаемому является способ корректировки вертикального положения зданий и сооружений на плитном фундаменте (патент РФ №2352723, Е02D 55/00, опубл. 20.04.2009 г.), включающий установку вертикально ориентированных инъекционных кондукторов и инъектирование через них подвижного раствора под частью здания в направлении крена до возрастания подающего давления на 40-50% по отношению к рабочему давлению или до расхода подвижного раствора в объеме 2 м на одном инъекционном горизонте.
3
Существенным недостатком способа по патенту №2352723 является порог давления инъектирования, который может оказаться недостаточным для достижения требуемого уплотнения грунта основания. Как следует из реферата патента, момент окончания инъектирования регламентируется двумя параметрами: или временем, когда давление возрастает на 40-50% по отношению к рабочему, или расходом подвижного раствора в объеме 2 м на одном горизонте. Из описания следует, что в случае дальнейшего повышения инъекционного давления вместо уплотнения грунта образуются новые щелевидные разрывы грунтового основания с неконтролируемым распространением подвижного раствора. Установлено, что после окончания инъектирования, по этому условию, максимальное давление уплотнения может достичь величины не более 5,6-6,0 атм. При таком условии способ может оказаться пригодным лишь для корректировки (прекращения дальнейшей осадки) небольших зданий и сооружений. Однако при давлении подаваемого раствора в 5-6 атм плотность грунта окажется недостаточной для того, чтобы остановить дальнейшую осадку здания с большим давлением на грунт.Поднять же осевшую часть здания и осуществить таким образом исправление крена методом высоконапорного инъектирования невозможно ни при сколь угодно больших давлениях.
Техническая задача, решаемая в предлагаемом изобретении, заключается в повышении эффективности при расширении диапазона корректировки наиболее просевшей части фундамента.
Поставленная задача решается тем, что в способе корректировки неравномерности осадок зданий и сооружений на плитном фундаменте, включающем установку вертикально ориентированных инъекционных кондукторов и инъекцию подвижного раствора под частью здания в направлении крена, перед началом инъектирования подвижного раствора через кондукторы, установленные по периметру укрепляемой части фундамента, осуществляют замачивание грунта, вызывающее его ослабление, затем через те же кондукторы производят инъекцию подвижного раствора давлением, вызывающим гидроразрыв ослабленного грунта, а после затвердевания раствора производят инъекцию подвижного раствора внутри полученного контура. Дополнительно осуществляют замачивание грунта со стороны, противоположной крену. После выравнивания фиксируют положение здания подачей подвижного раствора через те же кондукторы со стороны, противоположной крену.
В процессе проведения работ и после их окончания целесообразно осуществлять контроль давления подвижного раствора, а до начала работ, в процессе их проведения и после окончания - мониторинг осадки здания с помощью геодезических приборов.
Предварительное замачивание грунта и последующая инъекция подвижного раствора давлением, вызывающим гидроразрыв грунта, по контуру просевшей части фундамента обеспечат создание прочной завесы, которая позволит осуществлять инъекцию подвижного раствора непосредственно под просевшей частью фундамента внутри полученного контура под большим давлением, исключая при этом неконтролируемые утечки подвижного раствора.
Степень увлажнения грунта характеризует показатель консистенции грунта, который определяется по ГОСТу 25100-95 (Справочник проектировщика. Основания, фундаменты и подземные сооружения. М.: Стройиздат. - 1985. - с.10-12.),
где
W - природная влажность;
L
W- влажность на границе текучести;
p
W - влажность на границе раскатывания.
В зависимости от консистенции глинистые грунты могут быть твердыми, пластичными и текучими. Очевидно, что менее увлажненный грунт с меньшим показателем консистенции будет иметь повышенные значения предельных нагрузок (давлений), при которых происходит гидроразрыв грунта под возрастающим давлением раствора.
T
В общем случае, для приближенной оценки прочностных характеристик широко используются схематизированные кривые деформаций, в которых грунт является идеально упруго-пластическим (диаграммы Прандтля). Диаграмма деформирования такого рода состоит из двух прямолинейных участков - при напряжениях ниже предела пропорциональности σ соблюдается закон Гука, затем возникает текучесть. По диаграмме Прандтля следует, что при возникновении текучести рост напряжений прекращается.
На фиг.1 представлена схема расположения кондукторов по периметру и внутри укрепляемой зоны, на фиг.2 - диаграммы деформирования одного и того же грунта, характеризующиеся разными значениями показателей консистенции, на фиг.3 - схема возможных вариантов кренов.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.
Определяют зону укрепляемой части фундамента и по ее периметру выбирают схему расположения вертикально ориентированных кондукторов 1 (фиг.1), а внутри зоны - вертикально ориентированных кондукторов 2 (фиг.1). Перед началом работ целесообразно определить характеристики грунта, провести оценку напряженно-деформированного состояния и на основании полученных данных составить схему расположения и необходимое количество задействованных кондукторов для осуществления предлагаемого способа. Через кондукторы 1 осуществляют замачивание грунта подачей воды под давлением. На фиг.2 кривая 1 показывет диаграмму деформирования грунта после замачивания, кривая 2 - деформирование грунта с природной влажностью. Как видно из представленных диаграмм, грунт после замачивания становится менее прочным и достижение в нем предела текучести и разрушение гидроразрывом произойдет раньше и при меньших давлениях. Подачу воды продолжают до тех пор, пока соседние зоны замачивания 3 (фиг.1) не сомкнутся друг с другом, образуя сплошной контур ослабленного грунта. Поскольку инъекторы имеют ненаправленное действие, замачивание вокруг каждого из них происходит в радиальном направлении белее-менее равномерно, образуя зоны замачивания грунта, по виду близкие к цилиндрическим. Зоны перекрываются между собой, образуя сплошной контурный канал ослабленного грунта, характеризуемого меньшим пределом текучести.
После этого через те же кондукторы 1 осуществляют инъекцию подвижного раствора давлением, вызывающим гидроразрыв ослабленного грунта. При этом разрушение грунта и прохождение подвижного раствора осуществляется преимущественно по направлению ранее полученного контурного канала, поскольку грунт в нем имеет меньший предел текучести, преодоление которого произойдет раньше, чем это случится в более прочном грунте. Таким образом, весь подаваемый раствор на этапах уплотнения и гидроразрыва остается внутри зоны ослабленного грунта. Более плотный грунт, находящийся внутри образовавшегося контура, уплотняется внутренним давлением, но сохраняет свою целостность. Момент окончания подачи подвижного раствора через кондукторы 1 может быть определен по кривой давления. Экспериментально установлено, что гидроразрыву предшествует возрастание давления раствора. Рост давления продолжается до тех пор, пока не произойдет процесс трещинообразования в грунте с заполнением вновь образовавшихся объемов раствором. Этому моменту соответствует резкое «скачкообразное» падение давления.
После окончания подачи подвижного раствора через кондукторы 1, делают временную выдержку, обеспечивающую полное затвердевание раствора. Затвердевший раствор образует замкнутый контур вокруг намеченного участка фундамента.
Затем через кондукторы 2 производят инъекцию подвижного раствора внутри полученного контура. Ранее образованный замкнутый контур исключает возможность неконтролируемой утечки подвижного раствора, поэтому инъектирование подвижного раствора внутри контура осуществляют большим давлением, обеспечивающим высокую степень уплотнения грунта, что позволит более эффективно проводить корректировку положения фундаментной плиты. Внутриконтурное давление при использовании предлагаемого способа может достигать значения до 20 атм.
Повышение жесткости основания под осевшим участком плитного фундамента методом инъектирования связано с уплотнением грунта - уменьшением пористости. Главным показателем степени уплотнения грунта или количества нагнетаемого раствора является конечное давление. Установлено, что грунт может уплотняться лишь до некоторого предела, после которого дальнейшее нагнетание раствора приводит к гидроразрыву. В момент гидроразрыва на манометре фиксируется резкое падение давления за счет нарушения сплошности среды и образования в ней новых объемов в виде трещин нормального разрыва. Дальнейшее нагнетание раствора не вызывает возрастания давления, поскольку раствор неконтролируемым образом вытекает через вновь образованные трещины и грунт после гидроразрыва становится менее уплотненным. Использование предлагаемого способа позволит нагнетать большее количество раствора с более высоким давлением за счет образования контура, препятствующего вытеканию подаваемого раствора за пределы зоны уплотнения.
Укрепленное таким образом основание фундамента обеспечит надежное прекращение дальнейшей осадки зданий и сооружений независимо от величины оказываемого ими давления на грунт.
После остановки осадки здания осуществляют ликвидацию крена, для чего производят замачивание грунта со стороны, противоположной крену. При этом происходит ослабление грунта и под действием собственного веса выравниваемого здания происходит его осадка со стороны, противоположной крену. По окончании выравнивания положение здания фиксируют подачей подвижного раствора в те же кондукторы, в которые подавали воду для замачивания грунта (на фиг. не показано).
До начала, в процессе проведения и после окончания работ производят контроль положения здания с помощью геодезических приборов.
В связи с тем, что под подошвой фундаментной плиты грунт имеет разброс физико-механических свойств (величины консистенции, пористости, плотности и т.д.), а также из-за неоднородности надфундаментной нагрузки, осадки могут быть неравномерными.
На фиг.3 показаны три разновидности осадок фундамента:
1 - осадки в точках А и В не равны нулю, но равномерны;
2 - осадки не равны нулю с опережением в точке А;
3 - осадки увеличиваются только в точке А.
Первый вариант не составляет опасности при эксплуатации сооружения, поэтому он не рассматривается.
Для предотвращения перекоса во втором варианте необходимо осуществить следующие операции:
- методом высоконапорной инъекции остановить процесс дальнейшего оседания фундаментной плиты в точке А;
- сделать задержку по времени, пока осадки в точке В под собственным весом здания не станут равными зафиксированным осадкам в точке А;
- после ликвидации крена за счет подачи через кондукторы под подошву фундамента твердеющего раствора под давлением зафиксировать положение точки В.
При третьем варианте необходимо осуществлять следующие операции:
- остановить процесс оседания фундаментной плиты повышением жесткости основания в точке А;
- со стороны, противоположной крену (точка В) методом замачивания ослабить грунт и вызвать в нем осадку фундаментной плиты под собственным весом;
- аналогично после временной паузы и ликвидации крена зафиксировать положение точки В твердеющим раствором.
Используемый в предлагаемом способе метод осаживания плиты со стороны, противоположной крену, является более предпочтительным по сравнению с методом выравнивания путем подъема наиболее просевшей точки А, например, с помощью домкратов.