Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УСТРАНЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Изобретение относится к области реконструкции строительных сооружений, а именно к ликвидации их общих деформаций.

Известен способ устранения деформаций зданий и сооружений, включающий операции устройства под фундаментом нескольких ярусов каналов для инъекторов раствора, размещения в каналах инъекторов раствора, нагнетания цементного или песчано-цементного раствора при помощи насосной станции и компрессора, при этом расширяемые слои содержат грунт с изменением его скелета и нагнетаемый цементный или цементно-песчаный раствор [М.Р. Moseley, K. Kirsch, E. Falk. Soil fracturing // Ground Improvement (second Edition). 2004. Pp. 220-251].

Недостатком этого технического решения является то, что в расширяемом слое возникает большое число трещин 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.

Известен способ устранения деформаций зданий и сооружений, содержащий операции установки измерительной аппаратуры для геодезического мониторинга, установки манжетных инъекторов в грунтах оснований зданий или сооружений, предварительного нагнетания в грунт оснований высокопроницаемого раствора, компенсационного нагнетания слабопроницаемого раствора, причем оба этапа нагнетания осуществляют через манжетные инъекторы, манжетные отверстия которых расположены в два и более ярусов [Korff M., Mair R.J., van Toi F. and Kaalberg F.J. The application of compensation grouting to protect a railway from tunneling induced movements // ITA-AITES World Tunnel Congress, Budapest, Hungary, May 23-28, (2009). Pp 130-140].

Достоинством этого технического решения по сравнению с предыдущим является то, что создается слой-матрица, который снижает степень растрескивания грунта, уменьшая тем самым негативные последствия этого растрескивания.

Недостатком этого технического решения является то, что отсутствие гидроразрыва не гарантировано, поскольку состав раствора, давление и расход нагнетаемого раствора не определены однозначно.

Задачей данного технического решения является снижение затрат труда и материалов и повышение надежности работ по устранению деформаций зданий и сооружений.

Поставленная задача выполняется тем, что способ устранения деформаций зданий и сооружений содержит операции установки измерительной аппаратуры для геодезического мониторинга, установки манжетных инъекторов в грунтах оснований зданий или сооружений, предварительного нагнетания в грунт оснований высокопроницаемого раствора, компенсационного нагнетания слабопроницаемого раствора, причем оба этапа нагнетания осуществляют через манжетные инъекторы, манжетные отверстия которых расположены в два и более ярусов, при этом предварительное нагнетание осуществляют высокопроницаемым раствором на основе микроцементов при давлении не более P_1,max и при расходе на одну манжету не более Q_1,max, а заканчивают при расходе Q_1,текущ, равном минимальному значению Q_1,min, при этом раствор имеет следующий состав:

- микроцемент (типа микродур) - (20-50)%;

- коллоидный кремнезем - (5-15)%;

- гидратная известь (например, Са(ОН)₂) - (10-25)%;

- минеральный микронаполнитель, например, карбонатная мука - (20-50)%;

- регулятор вязкости суспензии, например, суперпластификатор С-3 - до 2% от массы вяжущего;

- водоудерживающая добавка, например, метилцеллюлоза - до 5% от массы вяжущего;

- водоудерживающая добавка, например, метилцеллюлоза - до 5% от массы вяжущего, причем предварительное нагнетание осуществляют с верхнего яруса манжетных отверстий вниз, а основные параметры связаны следующими соотношениями:

Q_1,min≤Q_1,текущ≤Q_1,max (при P_1,max), л/мин;

P_1,текущ≤Ρ_1,max, атм;

P_1,max=5,5 атм; Q_1,max=5 л/мин, Q_1,min=1 л/мин.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где

на фиг. 1 изображена схема технологического комплекса для осуществления способа устранения деформаций зданий и сооружений и выравнивания зданий и сооружений;

на фиг. 2 изображена схема инъектора раствора.

Способ устранения деформаций зданий и сооружений включает операции установки измерительной аппаратуры для геодезического мониторинга, разработки нескольких ярусов каналов 1 для манжетных инъекторов раствора под фундаментом 2 здания, размещения манжетных инъекторов раствора 3 в каналах 1, компенсационное нагнетание в расширяемые слои 4 после предварительного нагнетания в слои-матрицы 5. Предварительное нагнетание осуществляют высокопроницаемым раствором на основе микроцементов при давлении не более P_1,max и при расходе на одну манжету не более Q_1,max, а заканчивается при расходе Q_1,текущ, равном минимальному значению Q_1,min, при этом раствор имеет следующий состав:

- микроцемент (типа микродур) - (20-50)%;

- коллоидный кремнезем - (5-15)%;

- гидратная известь (например, Са(ОН)₂) - (10-25)%;

- минеральный микронаполнитель, например, карбонатная мука - (20-50)%;

- регулятор вязкости суспензии, например, суперпластификатор С-3 - до 2% от массы вяжущего;

- водоудерживающая добавка, например, метилцеллюлоза - до 5% от массы вяжущего, а основные параметры связаны следующими соотношениями:

Q_1,min≤Q_1,текущ≤Q_1,max (при P_1,max), л/мин;

P_1,текущ≤P_1,max, атм;

P_1,max=5,5 атм; Q_1,max=5 л/мин, Q_1,min=1 л/мин.

Максимальное значение давления P_1,max и максимальное и минимальное значения расхода Q_1,max и Q_1,min были установлены в опытном порядке на основе проведенной серии экспериментов.

Каналы 1 для инъекторов бурят из шахты 6, при этом шахты могут быть расположены как вертикально, так и наклонно. В каналах размещают трубы со шлангами для подачи раствора и инъекторы. Инъекторы 3 раствора через каналы 1 связаны через канал 7 с насосной станцией 8 для подачи раствора, а через каналы 9 связаны с компрессором 10 для подачи сжатого воздуха.

Инъектор раствора содержит корпус 11, в который вмонтированы две надувные запорные подушки 12, воздухопровод 13, соединенный с полостями надувных запорных подушек 12 и присоединенный через канал 9 к компрессору 10, шланг 14 для раствора, присоединенный через канал 7 к насосной станции 8.

В стенках трубы через определенный интервал расположены отверстия 15 с упругими манжетами 16, а шланг 14 содержит отверстия 17.

Устранение деформаций фундаментов зданий осуществляется следующим образом.

Инъектор 3 раствора устанавливают в канал 1 напротив очередного отверстия 15 в канале 1. Компрессор 10 подает воздух в надувные запорные подушки 12, в результате чего подушки запирают полость канала. После этого насосная станция 8 через отверстия 17 подает раствор под давлением.

Слои 4 и 5 формируются следующим образом.

Слой-матрица 5 формируется заранее с помощью инъектора 3 путем закачки под давлением не более 5,5 атм высокопроницаемого раствора на основе микроцементов (тонкость помола на порядок и более отличается от обычных цементов, т.е. все порошки должны иметь зерна с максимальным размеров не более 5 мкм). В результате поры грунта заполняются, а скелет грунта не нарушается. В результате этот грунт может воспринимать давление и перемещаться под давлением, способствуя подъему фундамента. Расширяемый слой 4 формируется уже в период непосредственно подъема фундамента 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 (оставшейся его части) и подъем фундамента. Формирование расширяемого слоя может идти в несколько этапов до получения требуемой точности выравнивания зданий или сооружений.

Основным достоинством данного технического решения по сравнению с прототипом является надежность слоя-матрицы. Надежность слоя-матрицы достигается тем, что он содержит высокопроницаемый раствор на основе микроцементов, который, не нарушая структуру грунта, путем заполнения пор существенно увеличивает его сопротивляемость разрыву и появлению трещин.

Пример осуществления способа

При проходке ветки метрополитена произошли деформации 3-этажного здания на Дмитровском шоссе. Величина осадки составила 25,5 мм. Было принято решение применить технологию компенсационного нагнетания. Эта технология предусматривала в начале создание на первой стадии слоя-матрицы путем предварительного нагнетания в грунт оснований высокопроницаемого раствора, а затем на второй стадии осуществление непосредственно компенсационного нагнетания слоя слабопроницаемого раствора.

Предварительное нагнетание было осуществлено описанным в данной заявке способом пропитки грунта высокопроницаемой водной суспензией на основе особо тонкомолотого микроцемента (микроцемент «Микродур» - 40%, коллоидный кремнезем 10%, гидратная известь Са(ОН)₂ - 15%, карбонатная мука - 30%, суперпластификатор С-3 - 2%, метилцеллюлоза - 3%). Нагнетание велось через предварительно установленные манжетные инъекторы с давлением P_1,текущ=3,5 атм и расходом Q_1,текущ=5 л/мин. Окончание нагнетания было завершено в тот момент, когда расход снизился до Q_1,min, равного 1 л/мин, при давлении P_1,max, равном 5,5 атм.

Выполненная пропитка заполнила все имеющиеся поры и пустоты в зоне возможного компенсационного нагнетания, тем самым обеспечив управляемость и оперативность процесса подъема в случае проявления остаточных деформаций.

Создание надежного слоя-матрицы позволяет эффективно применять компенсационное нагнетание, поскольку слой-матрица хорошо удерживает грунт от растрескивания. В связи тем, что осадка здания была небольшая, для расширяемого слоя (компенсационное нагнетание) было решено использовать известный состав раствора: портландцемент 50%, карбонатная мука 49% и пластификатор 1%.

После осуществления компенсационного нагнетания остаточная деформация составила 2 мм.

Эффективность данного технического решения заключается в снижении затрат труда и материалов и повышении надежности работ по устранению деформаций зданий и сооружений. При предварительном нагнетании лучший эффект достигается при нагнетании с верхнего яруса вниз, поскольку укрепляемая зона сразу ограничивается сверху, где возможны трещины и разрывы. При компенсационном нагнетании расширяемый слой расширяется вверх и вниз. Для увеличения эффективности нагнетание начинают с нижнего яруса (см. фиг. 1) и далее продолжают по принципу «снизу вверх», поэтому суммарная деформация вверх «δ_в» (которая равна деформации «δ_з» здания) больше суммарной деформации «δ_н» вниз.