Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ФУНДАМЕНТА

Изобретение относится к строительству и, в частности, к инъекционному закреплению бутовой кладки фундаментов при реконструкции зданий и сооружений.

Одним из характерных дефектов фундаментов исторических зданий является расслоение бутовой кладки из-за потери прочности раствором. Причиной этого может быть воздействие агрессивных веществ, содержащихся в грунтовых водах, сезонное промерзание-оттаивание, а также воздействие на фундамент чрезмерных нагрузок.

Известен способ закрепления бутовой кладки фундамента, включающий проходку с внешней стороны здания, со стороны подвала или пола первого этажа наклонных скважин, установку в них инъекторов и нагнетание закрепляющего раствора (Мангушев Р.А., Ильичев В.А. Справочник геотехника. Основания, фундаменты, подземные сооружения. - М.: Издательство ABC, 2016, с. 838 - аналог).

Недостатком способа является отсутствие контроля качества инъекционного закрепления при производстве работ, следствием чего может быть неполная инъекция швов бутовой кладки или, наоборот, выдавливание закрепляющего состава за пределы фундамента, например в дренажную систему, лотки и колодцы коммуникаций и т.п. Контроль качества осуществляется лишь после набора прочности закрепляющим составом путем выборочной отрывки участков фундамента или проходкой скважин через тело фундамента с отбором и последующим испытанием образцов.

Известен способ восстановления фундаментов, включающий выполнение в их теле буроинъекционных скважин, порционное закачивание цементного раствора короткими нисходящими заходками, а также последующее нагнетание раствора в грунт основания (Патент РФ №2199628, МПК E02D 35/00, 2001 - аналог). Закачивание раствора небольшими порциями позволяет дифференцированно подойти к закреплению различных участков кладки с разной степенью повреждений, однако, как и в предыдущем случае, при реализации способа не предусмотрена возможность операционного контроля качества инъекции.

Известен способ контроля характеристик жидкой колонны, например сваи, в процессе ее образования, включающий нагнетание в массив грунта вяжущего состава, обладающего магнитной восприимчивостью, например, за счет включения в его состав 0,5-1,5% порошка карбонильного железа, электротехнической стали или магнетита, и определение характеристик колонны до начала схватывания вяжущего состава путем замеров магнитной проницаемости среды. С этой целью на L-образной штанге, служащей для нагнетания состава в грунт, размещаются датчики, например, в виде катушек индуктивности. Вращая и поднимая штангу, регистрируют изменение индуктивности катушек, определяя тем самым размеры колонны и ее однородность (Патент РФ №2165495, МПК E02D 5/46, 1999 - аналог). Рассматриваемый способ применим лишь при формировании в грунте тел большого диаметра, например буровых свай.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ восстановления контактного слоя «фундамент - грунтовое основание», включающий установку труб-инъекторов с инъекционными отверстиями и пакерами (Патент РФ №2572477, МПК E02D 27/26, 2015 - прототип). При нагнетании цементного раствора пакер увеличивается в размерах, препятствуя тем самым выходу раствора вдоль трубы-инъектора на поверхность. Для предотвращения растекания раствора за пределы фундамента по его периметру устраивают жесткий, заделанный в грунт, непроницаемый барьер.

Как и в первых двух изобретениях, в рассматриваемом способе отсутствует возможность операционного контроля качества инъекционного закрепления, а устройство непроницаемого барьера по периметру фундамента весьма трудоемко.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности инъекционного закрепления бутовой кладки фундамента за счет обеспечения возможности контроля качества в процессе производства работ.

Поставленная задача решается за счет того, что после проходки скважины в бутовой кладке фундамента и установки в нее трубы-инъектора, вдоль боковых поверхностей с двух сторон фундамента в этом же поперечном сечении, а также в ранее выполненную скважину, через которую уже осуществлена инъекция, погружают электроды, в закрепляющий состав вводят добавку порошка электропроводного материала, например, магнетита, а степень заполнения швов при инъекции бутовой кладки контролируют, измеряя одним из известных способов электрическое сопротивление тела фундамента между трубой-инъектором и каждым из электродов.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан вертикальный разрез фундамента до начала работ по закреплению кладки, а на фиг. 2 - вертикальный разрез в ходе выполнения работ, на фиг. 3 и 4 - горизонтальные разрезы в ходе выполнения работ.

Способ осуществляется следующим образом.

В ленточном фундаменте 1, на который опираются кирпичная стена 2 и цокольное перекрытие 3, имеются участки бутовой кладки 4, требующие закрепления из-за потери прочности раствором. С наружной стороны стены 2 или с перекрытия 3 в теле фундамента проходится скважина 5 до нижней границы ослабленной зоны 4. В скважину вводится труба-инъектор 6 с пакером 7 на нижнем конце. Внешняя поверхность трубы-инъектора выше пакера покрыта электроизоляционным материалом. В этом же поперечном сечении с двух сторон фундамента вдоль его боковых поверхностей погружаются электроды 8, верхняя часть которых выше ослабленной зоны бутовой кладки также покрыта электроизоляционным материалом. Такой же электрод 8 погружается в ранее выполненную смежную скважину 10, через которую уже осуществлена инъекция закрепляющего состава. Закупорив с помощью пакера 7 зазор между трубой-инъектором 6 и стенкой скважины 5, приступают к нагнетанию закрепляющего состава, например, цементного раствора, в который внесена добавка порошка электропроводного вещества, например, магнетита. В ходе нагнетания состава измеряют электрическое сопротивление тела фундамента на участке закрепления 4 между трубой-инъектором 6 и каждым из трех электродов 8. По мере заполнения закрепляющим составом швов в ослабленной зоне бутовой кладки электрическое сопротивление уменьшается. Достижение постоянных значений электрического сопротивления по трем направлениям означает, что закрепляющий состав заполнил все швы, достиг зоны закрепления, выполненного из смежной скважины, и вышел на поверхности фундамента. Прекратив подачу закрепляющего состава и сбросив давление в пакере 7, извлекают трубу-инъектор 6 и электроды 8. После чего приступают к проходке следующей скважины.

Существенное отличие во времени инъекции тела фундамента в направлении двух его поверхностей свидетельствует о неравномерном расслоении бутовой кладки. В этом случае все последующие скважины, предназначенные для размещения инъектора, следует смещать от оси фундамента в сторону с меньшим повреждением раствора. На фиг. 3 показано размещение скважины 5 с инъектором 6 по оси фундамента, а на фиг. 4 со смещением от оси.

В ходе лабораторных исследований изучалось электрическое сопротивление цементного раствора на радиоизмерительном приборе - измерителе иммитанса Е7-20М. Измерения проводились на частотах 50 и 60 Гц. Состав исследуемого раствора выражался соотношением массы цемента и песка 1:2; водоцементным отношением 0,5. В качестве добавки использовался порошок магнетита с размерами зерен не более 0,1 мм. Содержание магнетита составляло 1%, 3% и 5% от массы цемента.

В таблице представлены результаты измерений.

По полученным данным видно, что электрическое сопротивление раствора, содержащего 5% порошка магнетита, снижается в 1,8 раза по сравнению с раствором без добавки.

Заметим, что удельное электрическое сопротивление материала бутовой кладки существенно выше, например, у известняка оно находится в пределах от 100 до 5000 Ом⋅м, у базальта - от 500 до 10⁵ Ом⋅м (Трофимов В.Т., Королев В.А. и др. Грунтоведение - М.: Издательство МГУ, 2005, с. 407).

Помимо этого известно, что добавление магнетита в состав цементного раствора способствует ускорению процесса гидратации за счет активации цемента, а также увеличивает прочность каменного материала (Pawel Sikora, Elzbieta Horszcz-aruk, Krzysztof Cendrowski, and Ewa Mijowska. The Influence of Nano-Fe3O4 on the Microstructure and Mechanical Properties of Cementitious Composites. - Nanoscale Res Letters 2016).

Следует отметить, что частицы магнетита, выбранного в качестве компонента, снижающего электрическое сопротивление состава, например цементного раствора, за счет химического взаимодействия в грунте с агрессивной средой образуют нерастворимые соединения, увеличивающие объем твердой фазы. Данное явление приводит с течением времени к закупорке или кольматации пор в растворе, а значит, к снижению его водопроницаемости.

Предлагаемый способ усиления фундамента позволяет обеспечить надежное закрепление бутовой кладки за счет обеспечения возможности контроля инъекции в процессе производства работ.