СПОСОБ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА
METHOD OF SOIL STABILISATION

Изобретение относится к строительству, в частности к закреплению грунтов оснований фундаментов зданий и сооружений.
Известен способ улучшения массива лессового просадочного грунта в основании зданий и сооружений (см. авт. свид. СССР №1294910, МПК E02D 3/12, 3/10), включающий последовательное уплотнение поверхности грунта, возведение распределительного несущего элемента по площади основания, образование скважин с равномерным шагом, нагнетание закрепляющего раствора (твердеющего материала), которое ведут с гидроразрывом грунта.
Известен также способ уплотнения связных дисперсных грунтов для создания оснований зданий и сооружений (см. патент РФ №2059044, МПК E02D 3/12), включающий подачу твердеющего раствора в виде песчано-цементной смеси под давлением 2-10 атм через расположенные с шагом 2-3 м инъекторы, погруженные на глубину активной зоны.
Общим недостатком описанных выше аналогов является то, что они предназначены для закрепления (улучшения, уплотнения) массива просадочного грунта только при новом строительстве и практически не приемлемы для закрепления грунтов в основании существующих и деформирующихся зданий и сооружений. Это обусловлено тем, что при использовании описанных способов для закрепления грунтов в основании существующих зданий и сооружений необходимо бурение скважин (забивка инъекторов) с нижнего этажа или подвала здания, что далеко не всегда возможно, например, из-за ограниченных площадей и высот этих помещений и ряда других причин.
За прототип выбран способ закрепления грунта (см. патент РФ№ 2103441, МПК E02D 3/12), включающий образование вертикальных скважин по всему периметру или вдоль длинных сторон фундамента или его элементов, нагнетание в вертикальные скважины закрепляющего раствора, выдержку и последующее образование по всему периметру или вдоль длинных сторон фундамента или его элементов наклонных скважин, оси которых пересекаются или скрещиваются под фундаментом или его элементами, и нагнетание в них закрепляющего раствора.
Выбранный за прототип способ обеспечивает закрепление грунтов в основании существующих зданий и сооружений даже в условиях плотной городской застройки. При этом все работы по закреплению основания ведутся снаружи здания.
Тем не менее прототип имеет существенный недостаток. При нагнетании в скважины закрепляющего раствора последний распространяется не только в грунт основания фундамента, но и в противоположную сторону, т.е. в окружающий грунт, лежащий за пределами участка, подлежащего закреплению. Это увеличивает расход закрепляющего раствора в 1,3-4 раза в зависимости от характера закрепляющего раствора, плотности и химического состава грунтов. Указанный недостаток еще более существенен при закреплении грунтов в основании зданий и сооружений, построенных на пересеченной местности. Если, например, здание построено на холме и непосредственно вблизи здания размещается впадина, то бóльшая часть закрепляющего раствора будет фильтроваться в эту впадину, в результате чего грунт в основании здания вообще невозможно будет закрепить.
Техническая задача изобретения состояла в разработке способа, повышающего надежность закрепления грунта при одновременной экономии закрепляющего раствора.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе закрепления грунта, включающем образование вертикальных и наклонных скважин по всему периметру или вдоль длинных сторон фундамента или его элементов и последующее нагнетание в них закрепляющего раствора, перед образованием скважин устраивают буронабивные сваи, длина которых превышает длину вертикальных скважин, при этом буронабивные сваи устраивают по всему периметру или вдоль длинных сторон фундамента или его элементов с шагом, который не превышает два диаметра сваи, а скважины образуют между фундаментом или его элементами и буронабивными сваями.
Предлагаемый способ исключает распространение закрепляющего раствора за пределы зоны закрепления, что обеспечивает надежное закрепление грунта в основании зданий и сооружений при одновременной экономии закрепляющего раствора.
Изобретение поясняется чертежом, где изображена схема закрепления грунта по предлагаемому способу в вертикальном поперечном разрезе.
Способ закрепления грунта осуществляют следующим образом.
По всему периметру или вдоль длинных сторон фундамента 1 или его элементов устраивают буронабивные сваи 2. Шаг между соседними буронабивными сваями 2 не должен превышать двух диаметров сваи 2. Затем между фундаментом 1 или его элементами и буронабивными сваями 2 образуют вертикальные скважины 3. Для исключения распространения закрепляющего раствора под буронабивными сваями 2 их длина должна превышать длину вертикальных скважин 3. При этом, как показали проведенные заявителем исследования, если указанное превышение длины буронабивных свай будет не менее 1 метра, то это исключит распространение под сваями 2 любого закрепляющего раствора (как активно реагирующего с грунтом, так и самоотвердевающего) в любых грунтах независимо от их плотности и химического состава.
Расстояние между соседними вертикальными скважинами 3 и давление нагнетания в них закрепляющего раствора выбирают с учетом физико-механических свойств подлежащего закреплению грунта таким образом, чтобы между скважинами 3 произошел гидроразрыв грунта с образованием продольные щели. Вследствие этого закрепляющий раствор заполняет не только вертикальные скважины 3, но продольные щели между ними, т.е. по периметру или вдоль длинных сторон фундамента 1 или его элементов в грунте образуется сплошной массив закрепляющего раствора, что значительно увеличивает поверхность его соприкосновения с грунтом.
,
Вследствие того, что вертикальные скважины 3 размещены между буронабивными сваями 2 и фундаментом 1 весь закрепляющий раствор распространяется в грунте основания фундамента. Распространению раствора в грунт, лежащий за пределами закрепляемого участка, препятствуют буронабивные сваи 2.
2
2
После окончания нагнетания в вертикальные скважины 3 закрепляющего раствора производят выдержку до набора закрепленным массивом грунта прочности не менее 3 кг/см в случае нагнетания раствора, активно реагирующего с грунтом, и не менее 20 кг/см в случае нагнетания самоотвердевающегося раствора.
Данная выдержка необходима для того, чтобы при последующем бурении наклонных скважин и нагнетания в них раствора последний не ушел из зоны закрепления. То есть благодаря этой выдержке фиксируется зона, в которой размещается закрепляющий раствор, нагнетаемый в наклонные скважины.
После выдержки, в процессе которой сформировались закрепленные зоны 4, расположенные по всему периметру или вдоль длинных сторон фундамента 1 или его элементов, бурят наклонные скважины 5, оси которых пересекаются или скрещиваются под фундаментов 1 или его элементами. В зависимости от физико-механических свойств грунта и величины нагрузки на него от здания или сооружения закрепляющий раствор в наклонные скважины 5 нагнетается под давлением, обеспечивающим гидроразрыв грунта, или без гидроразрыва.
В случае нагнетания закрепляющего раствора с гидроразрывом грунта расстояние между соседними наклонными скважинами 5 и давление нагнетания выбирают аналогично тому, как данные параметры выбирали для вертикальных скважин 3.
После окончания процесса закрепления грунта раствором, который нагнетали через наклонные скважины 5, сформировываются закрепленные зоны 6, которые в совокупности с закрепленными зонами 4 образуют практически единый закрепленный массив грунта под всем фундаментом 1 или под всем элементом фундамента (в зависимости от стоящей задачи).
3
В случае, если плотность грунта по всей площадке, на которой выполняются работы по закреплению, не одинакова, то буронабивные сваи 2 устраивают только на участках (окружающих фундамент), плотность грунта которых равна или меньше 1,5 т/м.
Впервые предлагаемый способ был испытан заявителем при закреплении грунтов основания 16-этажного жилого дома, построенного на лессовых просадочных грунтах. При этом рядом с домом находился засыпанный овраг. Попытка закрепления грунта по способу, выбранному за прототип, положительных результатов не принесла, так как основная масса закрепляющего раствора фильтровалась в засыпанный овраг. В результате применения заявляемого способа грунт в основании этого дома был успешно закреплен.
Кроме того, предлагаемый способ был вторично испытан при закреплении основания еще одного 16-этажного жилого дома, построенного на лессовых просадочных грунтах. При этом окружающий рельеф местности был однороден (отсутствовали чередования возвышенных мест и низин, оврагов и т.д.).
В результате использования заявляемого способа расход закрепляющего раствора был сокращен на 35% по сравнению с закреплением основания аналогичного дома, построенного на аналогичных грунтах, произведенных заявителем по способу, выбранному за прототип.