Результат интеллектуальной деятельности: Раствор для компенсационного нагнетания в грунты оснований при устранении деформаций зданий и сооружений

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.

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_в» (которая равна деформации «δ_з» здания) больше суммарной деформации «δ_н» 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.

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)₂ - 15%, карбонатная мука - 35%, суперпластификатор С-3 - 2%, метилцеллюлоза - 3%. Нагнетание велось через манжетные инъекторы с давлением P_1текущ.=4 атм. и расходом Q_1текущ.=4,5 л/мин. Окончание нагнетания было завершено в тот момент, когда расход снизился до Q_1,min=1 л/мин, при давлении P_1,max=5,5 атм.

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_2,max 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.