Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ СООРУЖЕНИЯ НА СЛАБОНЕСУЩИХ ГРУНТАХ В АКВАТОРИИ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении сооружений в акватории водных объектов с закреплением слабонесущих грунтов, преимущественно торфяных, в основании сооружений, например, при строительстве производственных площадок для бурения нефтяных, газовых, нагнетательных и наблюдательных скважин, а также для размещения на них объектов обустройства скважин.

Известен способ, включающий бурение скважин вдоль сооружения, заполнение скважин твердеющим материалом и формирование стволов свай, при укреплении земляного сооружения, возведенного или возводимого на болотах, скважины бурят с использованием обсадных труб не менее чем тремя рядами под каждый путь с верхней поверхности земляного сооружения с прорезкой тела сооружения и слоя торфа и заглублением в подстилающее слой торфа минеральное дно на 1,0-1,5 м, после чего в скважины укрепляют до образования объединяющих сваи в каждом ряду ростверков, поверх которых укладывают слой подстилающего материала типа щебня, или песка, или гравия (Пат. 2117728, Российская Федерация, МПК⁵ E02D 17/20. Способ укрепления земляного сооружения; заявка №97115549/03, заявл. 24.09.1997, опубл. 20.08.1998).

Этот способ не может быть использован при возведении сооружений на слабонесущих грунтах, он достаточно сложен при использовании. Кроме того, применение такого способа требует устройства ростверка с повышенной жесткостью, что неизбежно приведет к существенному удорожанию строительства.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является способ возведения земляного сооружения на торфах, включающий послойный намыв водно-песчаной пульпы на торфяное основание с соотношением воды к песку 8:1. Он отличается тем, что после намыва на торфяное основание первого слоя водно-песчаной пульпы одновременно с намывом второго слоя осуществляют вертикальные проколы первого слоя и торфяного основания равномерно по обе стороны от оси сооружения (Пат. 1715916, Российская Федерация, МПК⁵ Е01С 3/00. Способ возведения земляного сооружения на торфах; заявка №4498942, заявл. 03.10.1988, опубл. 29.02.92, Бюл. №8).

Однако этот способ не обеспечивает необходимую устойчивость намывного сооружения при возведении намывного сооружения на подтопляемой территории. В современных условиях применение гидромониторов связано с ограниченной доступностью оборудования и значительной удельной стоимостью его применения. Метод не позволяет вести работы при отрицательных температурах окружающего воздуха.

Традиционным методом строительства на слабых основаниях является замещение слабонесущего грунта на грунты с достаточной несущей способностью с послойным уплотнением. Однако в конкретных условиях выемка торфяных грунтов открытым способом практически невозможна из-за наличия поверхностных вод, из-за отсутствия сухопутных транспортных путей и ограниченных возможностей водного транспорта на малых глубинах. Кроме того, при отрицательных температурах окружающего воздуха невозможно обеспечить нормативные параметры уплотнения основания. Объем и стоимость работ на единицу горизонтальной поверхности сооружения несоизмеримо (в разы) превышают стоимость и трудоемкость предлагаемого метода в настоящем изобретении.

Технический результат настоящего изобретения заключается в обеспечении равномерной осадки сооружения на слабонесущих грунтах основания сооружения в допустимых пределах путем создания свайного поля из грунто-цементных свай с уплотнением грунта между сваями и улучшением его механических характеристик (повышением несущей способности грунта), что обеспечивает требуемую устойчивость сооружения.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе возведения сооружения на слабонесущих грунтах в акватории водных объектов, включающем устройство песчаной подушки поверх естественного основания, устройство технологических скважин сквозь слабонесущее основание, первоначально выполняют слой из песка или камня крупной фракции выше отметки уровня воды толщиной, достаточной для обеспечения работы технологических механизмов. После этого выполняют закрепление толщи слабонесущего грунта цементным раствором с предварительным размывом грунта через вертикальные технологические скважины методом струйной цементации. Для этого закрепляющий раствор закачивают под давлением в толщу торфяника через вертикальные скважины, которые располагают в шахматном порядке, удаляют излившуюся на поверхность часть закрепляющего раствора, после чего выполняют второй слой песчаной насыпи сооружения до проектных отметок.

Подачу цементного раствора осуществляют одновременно с подачей струи сжатого воздуха. Плотность размещения скважин, давление размыва и подачи закрепляющего раствора, а также состав раствора определяют из конкретных геологических условий. Закрепление грунта контролируют частотой вращения ротора, диапазоном и скоростью подъема буровой штанги, а также расходом закрепляющего раствора. Бурение технологических скважин осуществляют роторным способом с промывкой глинистым раствором. Закрепление грунта производят цементным раствором с добавками с водоцементным соотношением 1:1. Скважины бурят до отметки несущих слоев основания.

Существенной особенностью настоящего изобретения является обеспечение возможности выполнения работ по строительству сооружений на подтопляемых территориях в акватории водных объектов на малых глубинах с изменяемой отметкой поверхности воды (отметкой подпорного уровня), а также на сильно заболоченных территориях, торфяных болотах с открытым зеркалом воды.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема возведения сооружения.

На чертеже обозначено:

1 - существующий несущий слой грунта;

2 - слабонесущий грунт (торф);

3 - несущие слои основания;

4 - первоначальная насыпь из песка или камня;

5 - второй слой насыпи тела сооружения;

6 - технологическая скважина;

7 - область закрепления;

8 - ограждающие конструкции;

9 - отметка уровня воды;

10 - отметка проектного уровня сооружения.

Способ осуществляется следующим образом.

Сооружение рабочей площадки производят на слабонесущих грунтах в акватории водных объектов. Грунты, в пределах которых осуществляют сооружение рабочей площадки, представлены специфическими слабонесущими грунтами (торфами или илами). Для обеспечения осадки насыпи намывной площадки в допустимых пределах необходимо произвести закрепление слабых грунтов основания. В отдельных случаях, при малой несущей способности естественного основания (при строительстве на болотах) первоначальный слой выполняется из камня крупной фракции без снятия плодородного слоя.

При существенной ветро-волновой нагрузке для обеспечения устойчивости сооружения в зоне границы (периметра) сооружения предусмотрены ограждающие конструкции 8 (берегоукрепление).

Первоначально сооружают (намывают) первоначальную насыпь из песка или камня 4 (песчаную или каменную подушку) поверх существующего несущего слоя грунта 1 выше отметки уровня воды 9. Первоначальный слой выполняют толщиной, достаточной для обеспечения работы технологических механизмов. Ее определяют при проектировании исходя из конкретных геологических условий.

Закрепление грунтов намывного сооружения выполняют с поверхности насыпи из песка или камня 4.

Для этого на площади будущего сооружения пробуривают технологические скважины 6, которые располагают в шахматном порядке, позволяющем максимально охватить закрепляемое пространство. Бурение технологических скважин 6 производят, например, роторным способом с промывкой глинистым раствором. Скважины 6 пробуривают сквозь слабонесущий грунт 2 (торф) до отметки несущих слоев основания 3.

Затем производят вымывание (размыв) слабонесущего грунта 2 (торфа), которое обеспечивает понижение кислотности закрепляемой среды (торфяника).

После этого выполняют непосредственно закрепление толщи слабонесущего грунта 2 (торфа) закрепляющим раствором через вертикальные технологические скважины 6, например, методом струйной цементации (например, «Jet-Grounting»). Закрепляющий раствор под давлением закачивают в толщу торфяника через вертикальные технологические скважины 6. При этом для увеличения радиуса воздействия разрушающей струи подачу закрепляющего раствора осуществляют одновременно с подачей струи сжатого воздуха. В результате вокруг технологической скважины 6 образуется область закрепления 7, представляющая собой искусственный массив из слабого природного грунта, равномерно армированного жесткими элементами из грунтоцементных столбов.

В качестве закрепляющего раствора может быть использован, например, цементный раствор с водоцементным соотношением 1:1.

Излившаяся на поверхность часть раствора после некоторого твердения может быть удалена, например, механизированным способом.

В заключение выполняется второй слой песчаной насыпи 5 сооружения до отметки проектного уровня сооружения 10.

Плотность размещения скважин, давление размыва и подачи закрепляющего раствора, а также состав раствора определяют исходя из конкретных геологических условий.

Качество закрепления грунта контролируют частотой вращения ротора, диапазоном и скоростью подъема буровой штанги, а также расходом закрепляющего раствора.

Использование предлагаемого изобретения позволяет выполнять работы в течение всего года, практически независимо от температурных условий и от уровня поверхностных вод. Это позволяет практически вдвое сократить общий период строительства и получить значительный экономический эффект.