СПОСОБ ЗАКРЕПЛЕНИЯ И УСИЛЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОБВОДНЕННЫХ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ ГРУНТОВ ПЛЫВУННОГО ТИПА ПОД ОСНОВАНИЯМИ И ФУНДАМЕНТАМИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
METHOD OF FIXING AND ENHANCING THE CARRYING CAPACITY OF WET FINE GRAIN SOILS OF RUNNING TYPE UNDER BASES AND FOUNDATIONS OF BUILDINGS AND STRUCTURES

Изобретение относится к области строительства, в частности к технологии закрепления обводненных мелкозернистых грунтов плывунного типа под основаниями и фундаментами зданий и сооружений.
Известен способ создания пространственных структур из твердеющего материала в грунтовом массиве для усиления просадочных, структурно-неустойчивых и слабых водонасыщенных грунтов в основании зданий и сооружений, путем создания в грунтовом массиве пространственных структур из твердеющего материала и его выдержки от 7 до 24 ч, далее зачищают скважину в этом возрасте от твердеющего материала в пределах зоны нагнетания, выполняют разворот резца под заданными углами в диапазоне от 0 до 360° и формируют структурные элементы требуемой формы и размеров, а затем компонуют их в основании фундаментов зданий и сооружений, объединяя в плане и по высоте в пространственные структуры для совместной работы (патент РФ №2459037, МПК E02D 3/12, опубл. 20.08.2012 г.).
Недостатком аналога являются большие трудозатраты. Например, для создания одной стороны армоэлемента необходимо выполнить несколько операций с выдержкой для набора прочности материала до 24 часов. Кроме того, эффект усиления просадочных, структурно-неустойчивых и слабых водонасыщенных грунтов в основаниях фундаментов за счет трения грунта по вертикальным плоскостям армоэлемента в водонасыщенных грунтах будет неэффективным.
Известен способ интенсивного укрепления грунта под действующим строением (патент РФ №2507342, МПК E02D 3/12, опубл. 20.02.2014 г.). Способ осуществляется путем закачивания раствора в стволы глубинных скважин ступенями по горизонтали с последующим формированием пространственной структуры грунта под зданием. Относительно контура сооружения создают технологическую базовую зону многоуровневых опорных горизонтов контрфорсного тела, в котором снизу производят формирование корня стабилизации просадочного грунта методом принудительного основного и дополнительного этапно-ступенчатого закачивания активной массы раствора, распределения и регулирования в объемной плотности просадочного грунта на стыках участков контакта и сочетания комплектарно-активных гетерогенных систем, прямого и обратного обжатия зоны релаксационных участков в объемной плотности просадочного грунта на стыках участков контакта при переменной направленности подачи активной массы раствора под сменными углами в горизонтальных плоскостях многоуровневых опорных горизонтов. При этом создают интенсивное развитие продвижения раствора через грунт за счет принудительных и поперечных сил сдвига относительно друг друга в различных уровнях горизонтов контрфорсного тела в направлении противодействия сил сопротивления укрепляемого грунта. Производят распределение и формирование расположений узловой направленности закачивания раствора в грунт с возможной корректировкой требуемых линейных и угловых параметров направленности поступательного перемещения раствора, консолидации и формирования структуры грунта. Закачивание раствора в стволы глубинных скважин проводят ступенчато по горизонтам и формированию в единую объемно-пространственную структуру грунта на всю глубину активной базовой зоны релаксационных участков контрфорсного тела, а ввод дополнительного закачивания раствора и создание подпорной силы производят в виде подачи побочного раствора и последовательного выборочного направления, распределения и формирования его положения по локальным участкам горизонтальных переходов базовых зон релаксационных участков контрфорсного тела в просадочном грунте под действующим строением.
Недостатком аналога является создание контрфорсного тела из твердеющего раствора за счет разрыва грунта и создания полости, которая заполнится твердеющим раствором. Закрепление грунта указанным способом ограничивает его применение, например, в несвязных песчаных сильнообводненных грунтах, так как одновременное создание полости и ее заполнение твердеющим материалом невозможно или, в крайнем случае, малоэффективно, так как при размыве полости она заплывает. Например, в плывунных грунтах это невозможно выполнить, а в обводненных крупнозернистых песках радиус размыва полости и ее заполнение будет ничтожным, поэтому экономически это будет невыгодно.
Известен способ закрепления грунтов закрепляющими смесями, вязкость которых ниже вязкости воды и составляет 0,92 м Па·с (В.К. Баушев. Закрепление грунтов в сложных инженерно-геологических условиях. «Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева», том 130. - Ленинград, «Энергия», 1979 г., С. 114; А.Н. Адамович. Закрепление грунтов и противофильтрационные завесы. - Москва, «Энергия», 1980 г., С. 257). Способ включает проходку инъекционных скважин на проектную глубину, после чего в пройденную скважину с обсадной трубой опускают инъекционную трубу, состоящую из колонн труб и резинового уплотнителя. Колонна труб является натяжной и в то же время нагнетательной. Обжатие резинового уплотнителя осуществляют завинчиванием домкрата. Регулирование давления производят с помощью манометра на инъекционном насосе и магистральном трубопроводе. После установки инъектора на нижней отметке в зоне инъектирования производят обжатие резинового уплотнителя завинчиванием домкрата. Уплотнение, созданное между инъектором и обсадной трубой, позволяет подавать инъектируемый низковязкий раствор под расчетным давлением в инъектируемую зону через свободный конец инъектора. После закрепления инъектируемой зоны грунта инъектор вместе с обсадной трубой поднимают вверх для инъектирования верхней зоны грунта и в такой последовательности грунт закрепляют до верхних отметок.
По числу сходных признаков и достигаемому результату указанное техническое решение выбрано в качестве прототипа предлагаемого способа.
ф
ф
Недостатками прототипа являются небольшой радиус распространения инъектируемого раствора (например, при K=0,3 м/сут - 0,7 м; при K=5÷20 м/сут - 1,4÷1,8 м), что сужает область использования этого способа при закреплении грунтов, так как возникает необходимость бурения большого количества скважин, что значительно увеличивает стоимость и сроки строительства.
Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в увеличении радиуса распространения инъекционного раствора, а следовательно, и шага между инъекционными скважинами и расстояния между рядами скважин, в снижении стоимости и в сокращении сроков строительства.
Для достижения указанного технического результата в предлагаемом способе, включающем операции проходки инъекционных скважин и подачи через них с помощью инъекторов под давлением низковязкого раствора, дополнительно для увеличения радиуса распространения инъекционного низковязкого раствора на расстоянии L, например от 3 до 3,5 м, от инъекционной скважины по обе ее стороны пробуривают еще как минимум две боковые скважины, в каждую из которых опускают устройство для откачивания воды, например перфорированную трубу, обтянутую микропористым материалом и подключенную к вакуумным насосам, и откачивают воду из пор инъектируемого обводненного мелкозернистого грунта, снижая сопротивление поровой воды инъекционному низковязкому раствору, нагнетаемому инъектором из инъекционной скважины, работающим в одном временном режиме с вакуумными насосами.
Отличительными признаками является пробуривание на расстоянии L, например от 3 до 3,5 м, от инъекционной скважины по обе ее стороны еще как минимум двух скважин; опускание в каждую боковую скважину устройства для откачивания воды, например перфорированную трубу, обтянутую микропористым материалом и подключенную к вакуумным насосам; откачивание воды из пор обводненного мелкозернистого грунта плывунного типа, снижающего сопротивление поровой воды инъекционному низковязкому раствору, нагнетаемому инъектором из инъекционной скважины, работающим в одном временном режиме с вакуумными насосами.
Благодаря наличию этих признаков достигается значительное увеличение радиуса распространения инъекционного низковязкого раствора, которое позволит значительно уменьшить число инъекционных скважин, тем самым повышается экономическая эффективность способа и сокращаются сроки строительства.
Предлагаемый способ закрепления и усиления несущей способности обводненных мелкозернистых грунтов плывунного типа иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1 и фиг. 2.
На фиг. 1 показана совместная работа инъектора в инъекционной скважине и вакуумных насосов в боковых скважинах в процессе инъектирования обводненных мелкозернистых грунтов.
На фиг. 2 - горизонтальный разрез инъектируемой зоны грунта с пробуренными в ней инъекционными скважинами и боковыми скважинами для откачивания вытесняемой поровой воды.
На чертежах позициями обозначены:
1 - инъекционная скважина,
2 - боковые скважины,
3 - инъектор,
4 - резиновые кольца уплотнителя,
5 - муфта,
6 - перфорированная труба,
7 - инъектируемый обводненный мелкозернистый грунт плывунного типа,
8 - стрелками показаны направления распространения инъекционного низковязкого раствора,
9 - стрелками показана вытесняемая поровая вода,
L - расстояние между инъекционной скважиной 1 и боковыми скважинами 2.
Способ осуществляется следующим образом.
На первом этапе (фиг. 1) в массиве обводненного мелкозернистого грунта 7 плывунного типа пробуривают инъекционную скважину 1 и по обе стороны на расстоянии L=3÷3,5 м от нее - боковые скважины 2 под основанием или фундаментом здания/сооружения. В инъекционной скважине 1 устанавливают инъектор 3 (подвижного типа) с механическим обжатием резиновых колец уплотнителя 4, изготовленного из мягкой резины, уплотняемой домкратом, который натягивает трубы и передает давление посредством муфт 5 на резиновые кольца уплотнителя 4, которые при этом расширяются и прижимаются к стенкам скважины 1 или к обсадной трубе. Нагнетательную колонну труб опускают, не доходя до дна скважины на 0,3÷0,5 м. Через нее подают инъекционный низковязкий раствор, распространяемый в направлениях 8 (показанных стрелками) и который под давлением инъектирует окружающий обводненный мелкозернистый грунт 7.
Одновременно через боковые скважины 2, в которые до начала нагнетания инъектируемого низковязкого раствора, через инъекционную скважину 1, опускают перфорированные трубы 6, обтянутые микропористым материалом и подключенные к вакуумным насосам, которые откачивают вытесняемую поровую воду 9 с целью снижения сопротивления инъектируемому низковязкому раствору, поступающему под давлением через инъектор 3 в инъекционной скважине 1.
После окончания закрепления обводненного мелкозернистого массива грунта 7 плывунного типа через инъекционную скважину 1 и через боковые скважины 2 закрепление грунта продолжают, подавая под давлением инъекционный низковязкий раствор через инъекторы 3, размещаемые в боковых скважинах 2. Одновременно со стороны боковых скважин 2 бурят другие ряды скважин, продолжая процесс закрепления грунта инъекцией.