СПОСОБ УКРЕПЛЕНИЯ ОСНОВАНИЙ ФУНДАМЕНТОВ В СЕЙСМИЧЕСКИ ОПАСНЫХ ЗОНАХ
METHOD TO STRENGTHEN FOUNDATION BASES IN SEISMICALLY DANGEROUS AREAS

Предлагаемое изобретение относится к области строительства и может быть использовано для укрепления оснований зданий и сооружений в сейсмически опасных зонах.
Известен экран для защиты зданий и сооружений от сейсмических воздействий (а.с. СССР №1629416, МКИ E02D 31/08, опубл. 23.02.1991, бюл. №7), включающий размещенные вокруг здания, сооружения внутренний и внешний ряды скважин, заполненных поглощающим колебания материалом и расположенных в рядах в шахматном порядке.
Известная конструкция экрана позволяет снизить скоростные параметры сейсмических волн и, следовательно снизить силовые воздействия на грунтовые массивы в основании фундаментов.
Недостатком экрана по а.с. №1629416 является то, что защитный экран размещен вокруг здания, сооружения. При этом гашения сейсмических волн непосредственно под самим зданием не происходит.
Наиболее близким к предлагаемому является способ повышения несущей способности свайного фундамента (патент РФ №2379419, МПК E02D 3/12, опубл. 20.01.2010), включающий подачу в грунт твердеющего раствора под давлением в два этапа: сначала по периферии укрепляемых свай до смыкания соседних зон уплотнения, а после затвердевания раствора - в зону, ограниченную периферийным контуром. Способ по патенту РФ №2379419 обеспечивает повышение степени уплотнения и давления грунта на боковую поверхность сваи, что приводит к повышению эффективности усиления свайного фундамента.
Недостатком известного способа является то, что при использовании в сейсмически опасных зонах он не позволяет гасить сейсмические колебания.
Все строительство в сейсмоопасных районах осуществляется по специальным требованиям, направленным не только на повышение прочности зданий, но и использование других антисейсмических приемов таких, как упрочнение слабых грунтов оснований. Чрезвычайно важно знать некоторые характеристики грунтов, такие, как модуль сжатия, модуль сдвига, коэффициент затухания колебаний и другие.
При строительстве в сейсмических районах существуют строительные нормы, которые в зависимости от сейсмичности района и категории грунтов по сейсмических свойствам определяют сейсмичность площадки строительства. Так, если сейсмичность района составляет 7, 8, 9 баллов, то для I категории грунтов (скальные грунты всех видов) сейсмичность площадки уменьшается и составляет соответственно 6, 7, 8 баллов; для II категории грунтов (скальные выветрелые и сильновыветрелые) сейсмичность площадки строительства не изменяется и составляет те же значения 7, 8, 9 баллов; для III категории грунтов (пески рыхлые, гравелистые, влажные, водонасыщенные) сейсмичность площадки строительства повышается и составляет уже 8, 9>9 баллов.
Таким образом, как следует из этих данных, более прочное грунтовое основание уменьшает опасность сейсмических воздействий, а слабые грунты ее увеличивают. Поэтому снижение сейсмичности площадки строительства возможно не только путем гашения сейсмических колебаний, но и укреплением основания фундамента.
Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении надежности фундамента за счет укрепления основания фундамента при повышении коэффициента затухания сейсмических колебаний.
Поставленная задача решается тем, что способ укрепления оснований фундаментов в сейсмически опасных зонах включает вдавливание в грунт инъекторов и подачу через них твердеющего раствора под давлением сначала по периферии укрепляемого участка до смыкания соседних зон уплотнения, а после отвердевания раствора - внутри полученного контура. Отличительными особенностями предлагаемого способа является то, что предварительно укрепляемый участок разбивают на равные части прямоугольной формы. После подачи твердеющего раствора по периферии укрепляемого участка подают раствор по периферии каждой части прямоугольной формы также до смыкания соседних зон уплотнения. После отвердевания раствора осуществляют подачу твердеющего раствора внутри полученных контуров прямоугольной формы, причем, инъекторы внутри контуров устанавливают в шахматном порядке.
При инъектировании по периферии укрепляемого участка и по периферии частей прямоугольной формы в качестве твердеющего раствора можно использовать песчано-цементную смесь.
При инъектировании по периферии укрепляемого участка и по периферии частей прямоугольной формы в качестве твердеющего раствора также можно использовать силикат натрия (жидкое стекло).
Такая последовательность операций обеспечивает получение уплотненной структуры основания фундамента из двух разномодульных материалов, чередующихся по месту положения в пространстве, что приводит к повышению коэффициента затухания сейсмических колебаний.
Разбивка укрепляемого участка на части прямоугольной формы обеспечивает гашение колебаний за счет того, что сейсмическая волна, проходя через такую среду неоднократно преломляется и отражается - сначала от стенок наружного контура каждой прямоугольной части, а затем - внутри каждой части.
Внутри каждой прямоугольной части в результате техногенного воздействия коренным образом изменяются состав и свойства грунтового основания. Условно однородный грунтовый материал превращается в композит, содержащий, по крайней мере, два материала с совершенно различными свойствами - природный грунт и включения затвердевшего раствора. Жесткость полученного композита будет зависеть от количества закачиваемого твердеющего раствора, т.е. будет определяться величиной конечного давления нагнетаемой смеси в уплотняемом месте грунта. Существенным ограничением при этом является порог давления инъектирования, который может оказаться недостаточным для достижения требуемого уплотнения грунта основания. Установлено, что грунт может уплотняться лишь до некоторого предела, после которого дальнейшее нагнетание раствора приводит к гидроразрыву. Дальнейшее нагнетание раствора не вызовет возрастания давления, поскольку раствор неконтролируемым образом вытекает через вновь образованные трещины и грунт после гидроразрыва становится менее уплотненным. Разбивка укрепляемой площадки на части прямоугольной формы и предварительное укрепление каждой полученной части по контуру позволяет предотвратить неконтролируемое вытекание раствора за пределы зоны уплотнения, нагнетать большое количество раствора с более высоким давлением и достичь после затвердевания раствора более высоких деформационных и прочностных показателей основания, что также приводит к уменьшению сейсмичности укрепляемой площадки строительства.
Гашение колебаний внутри прямоугольных частей достигается тем, что полученная структура основания твердых включений с неправильной поверхностью затвердевшего раствора и уплотненного грунта чередуется в шахматном порядке. Сейсмическая волна, проходя через такую среду неоднократно преломляется и отражается. За счет внутреннего трения на контактах частиц она эффективно рассеивается и поглощается, выделяясь в виде тепла.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на чертеже представлена схема размещения инъекторов для подачи твердеющего раствора.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.
По периметру укрепляемого участка устанавливают инъекторы 1, разбивают укрепляемый участок на равные части прямоугольной формы и по их периметру также устанавливают инъекторы 1, подают твердеющий раствор по периферии укрепляемого участка, а затем по по периферии каждой части прямоугольной формы. Процесс продолжают до тех пор, пока соседние зоны уплотнения 2 не сомкнутся друг с другом. При этом образуются зоны по виду близкие к цилиндрическим, которые после затвердевания образуют надежную противофильтрационную завесу, способную противостоять внутриконтурному давлению во время инъектирования твердеющего раствора внутри полученных контуров. После формирования завесы осуществляют подачу твердеющего раствора внутри полученных контуров прямоугольной формы через инъекторы 3, установленные в шахматном порядке.
Уплотнение грунта, заключенного внутри контуров, осуществляют последовательным инъектированием раствора в каждую заранее намеченную точку под большим давлением. Внутриконтурное давление при использовании предлагаемого способа ограничено лишь возможностями нагнетающего раствор насоса и может достигать значений до 20 атм.
В зависимости от технических возможностей и свойств укрепляемого грунта основания при, инъектировании по периферии укрепляемого участка и по периферии частей прямоугольной формы в качестве твердеющего раствора можно использовать песчано-цементную смесь или силикат натрия (жидкое стекло).