Раствор для компенсационного нагнетания в грунты оснований при устранении деформаций зданий и сооружений
GROUT FOR COMPENSATION GROUTING IN SOILS OF BASES WHILE ELIMINATING DEFORMATIONS OF BUILDINGS AND STRUCTURES

Изобретение относится к области реконструкции строительных сооружений, а именно к ликвидации их общих деформаций.
Известен раствор для компенсационного нагнетания в грунты оснований при устранении деформаций зданий и сооружений, содержащий смесь воды и сухих ингредиентов на минеральной основе. Портландцемента в растворе содержится 60%, золы-уноса - 38%, пластификатора 2%                                                                                                                [Меркин В.Е., Маковский Л.В., Панкина С.В. К выбору варианта исполнения автодорожного тоннеля в районе Лефортово // Подземное пространство Мира, №4. - М., 1996. - С. 11-14].
Недостатком этого раствора является то, что в грунте возникают трещины неопределенной длины и раскрытия. Эти трещины требуют повышенного расхода раствора, могут оставаться частично незаполненными раствором, что в дальнейшем может привести к суффозийным процессам и обратным деформациям сооружения.
Наиболее близким к предлагаемому является раствор для компенсационного нагнетания в грунты оснований при устранении деформаций зданий и сооружений, содержащий смесь воды и сухих ингредиентов на минеральной основе, включающих портландцемент. Он имеет следующий состав: портландцемент 50%, карбонатная мука 49%, пластификатор 1% [Robert Mair Frend, David Harris, Innovative engineering to control Big Ben's titl // Ingenia (Royal Academy of Engineering) 9. 2001. Pp. 23…27].
Достоинством данного состава раствора по сравнению с предыдущим является то, что в результате использования раствора существенно снижается опасность растрескивания грунта, однако отсутствие гидроразрыва не гарантировано. Имеет место растрескивание, вместе с которым те же опасности, что и в предыдущем техническом решении.
Целью настоящего изобретения является снижение затрат труда и материалов и повышение надежности работ по устранению деформаций зданий и сооружений.
Поставленная цель достигается тем, что раствор для компенсационного нагнетания в грунты оснований при устранении деформаций зданий и сооружений содержит смесь воды и сухих ингредиентов на минеральной основе, включающих портландцемент, и имеет следующий состав:
- бентонит - 60-80%;
- портландцемент - 10-30%;
- ускоритель твердения - до 10%;
- пластификатор - до 2%.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где изображена схема технологического комплекса по устранению деформаций зданий и сооружений (для пояснения цели и места использования раствора).
Предлагаемый раствор для компенсационного нагнетания в грунты оснований при устранении деформаций зданий и сооружений представляет собой водную суспензию и имеет следующий состав:
- бентонит - 60-80%;
- портландцемент - 10-30%;
- ускоритель твердения - до 10%;
- пластификатор - до 2%.
Поскольку развитие технологии устранения деформаций зданий и сооружений путем нагнетания твердеющего затем раствора шло в направлении разделения одноэтапного процесса на двухэтапный, к каждому этапу предъявлялись соответствующие требования.
На первом этапе необходимо было создать упругий слой-матрицу без изменения объема грунта, а лишь за счет заполнения пор высокопроницаемым раствором и получить таким образом единый упругий материал. Следует отметить, что нагнетание раствора производится при соблюдении жестких правил, обеспечивающих режим давления и расхода.
На втором этапе при нагнетании слабопроницаемого раствора создается расширяемый слой с изменением его объема, способный сопротивляться разрыву, когда процесс нагнетания становится неопределенным в связи с наличием трещин, в которые уходит раствор.
Данное техническое решение представляет собой раствор для нагнетания на втором этапе, т.е. является раствором, который характеризуется слабой проницаемостью и способностью, соединяясь с грунтом, создать композиционный материал, обладающий требуемыми свойствами.
Основное требование к раствору на стадии компенсационного нагнетания определяется способностью обеспечивать как можно более распределенное по площади давление, чтобы снизить концентрированность воздействия на слой-матрицу и ликвидировать опасность его разрыва. Для обеспечения этого требования предлагаемый раствор для компенсационного нагнетания набирает прочность постепенно. В течение первых суток раствор остается жидким, в течение 5-10 суток раствор имеет консистенцию геля, после 10 суток раствор твердеет. Благодаря медленному затвердеванию раствор проникает в поры, равномерно распределяется в грунте и также равномерно увеличивается в объеме без образования трещин. Нагнетание раствора производится с жестким соблюдением параметров давления и расхода.
Сущность технологического процесса, где применяется предлагаемый раствор, следующая.
Для устранения деформаций фундаментов зданий под фундаментом здания устраивают несколько ярусов каналов 1 для инъекторов раствора, которые расположены под фундаментом 2 здания, инъекторы 3 раствора, размещенные в каналах 1, расширяемые слои 4 и слои-матрицы 5. Слои 4 и 5 представляют собой смесь местного грунта с нагнетаемым раствором. Инъекторы 3 раствора через каналы 7, устроенные в шахте 6, связаны с насосной станцией 8 для подачи раствора, а через каналы 9 связаны с компрессором 10 для подачи сжатого воздуха.
Устранение деформаций фундаментов зданий осуществляется следующим образом. Сначала формируется слой-матрица 5 с помощью инъектора 3 путем закачки под давлением не более 5 атм высокопроницаемого раствора. В результате поры грунта заполняются, а скелет грунта не нарушается. Этот грунт может воспринимать давление и перемещаться в дальнейшем под давлением в процессе компенсационного нагнетания, способствуя подъему фундамента.
Расширяемый слой 4 формируется уже в период непосредственно подъема фундамента в процессе компенсационного нагнетания за счет закачки слабопроницаемого раствора под большим давлением (20-50 атм). В результате грунт перемешивается с раствором, общий объем слоя увеличивается, происходит перемещение слоя 5 и подъем фундамента. Формирование расширяемого слоя может идти в несколько этапов до получения требуемой точности выравнивания зданий или сооружений.
При предварительном нагнетании (т.е. создании слоя-матрицы) лучший эффект достигается при нагнетании с верхнего яруса вниз, при этом укрепляемая зона сразу ограничивается сверху, где возможны трещины и разрывы. После этого при дальнейшем нагнетании в нижние ярусы в них процесс идет более благоприятно.
в
з
н
При компенсационном нагнетании расширяемый слой расширяется вверх и вниз. Для увеличения эффективности нагнетание начинают с нижнего яруса (см. чертеж) . и далее продолжают по принципу «снизу вверх», поэтому суммарная деформация вверх «δ» (которая равна деформации «δ» здания) больше суммарной деформации «δ» вниз.
При назначении состава раствора для компенсационного нагнетания следует соблюдать соответствие условию промышленной применимости: при стремлении к максимальному количеству одного из составляющих общее количество составляющих должно быть равно 100%.
Пример исполнения предлагаемого изобретения.
При проходке ветки московского метрополитена произошли деформации 6-ти этажного здания на Дмитровском шоссе. Величина осадки составила 95 мм. Было принято решение применить технологию компенсационного нагнетания. Эта технология предусматривала создание на первой стадии слоя-матрицы путем предварительного нагнетания в грунт оснований высокопроницаемого раствора, а затем на второй стадии осуществление компенсационного нагнетания слабопроницаемого раствора.
2
1текущ.
1текущ.
1,min
1,max
Предварительное нагнетание было осуществлено способом пропитки грунта высокопроницаемой водной суспензией на основе тонкомолотого микроцемента со следующим составом: микроцемент «Микродур» - 35%, коллоидный кремнезем 10%, гидратная известь Са(ОН) - 15%, карбонатная мука - 35%, суперпластификатор С-3 - 2%, метилцеллюлоза - 3%. Нагнетание велось через манжетные инъекторы с давлением P=4 атм. и расходом Q=4,5 л/мин. Окончание нагнетания было завершено в тот момент, когда расход снизился до Q=1 л/мин, при давлении P=5,5 атм.
2,max
Затем было выполнено компенсационное нагнетание слабопроницаемым раствором на основе бентонита, активированного механо-химической обработкой, при этом раствор имел следующий состав: бентонит - 70%, портландцемент 20%, пластификатор 1%, ускоритель твердения 9%. Нагнетание прекратили, когда суммарная осадка снизилась до 2 мм, а давление P при этом составило 26 атм.
Характеристики, содержащиеся в общем понятии «пластификатор» и «ускоритель твердения», охватывающие разные частные формы его реализации, обеспечивают в совокупности с другими признаками получение указанного заявителем технического результата при таких частных формах их выполнения: 1) пластификаторы: С-3, суперпластификатор; Sika-Mix Plus; BV-3m; Plastimix; Mapei-Planicrete; 2) ускорители твердения: Ceresit-C; CemFix; Полипласт-1 МБ; Форт-УП-2; Гидротекс-ПМД.
Эффективность данного технического решения заключается в снижении затрат труда и материалов с одновременным повышением надежности исправленного основания зданий и сооружений за счет исключения растрескивания и гидроразрывов грунта.