Способ уплотнения грунта

 

Способ уплотнения грунта относится к строительству, в частности к упрочнению оснований под фундаменты зданий и сооружений путем уплотнения грунта. Глубинное уплотнение любого вида дисперсного грунта производят способом, включающим погружение в грунт инъектора, подачу раствора под давлением, измерение и регистрацию раствора, образование зоны уплотненного грунта и последующие погружения инъектора с образованием примыкающих зон уплотненного грунта, причем уплотнение грунта производят путем нагнетания уплотняющего и проникающего раствора, обеспечивающего разрушение структуры грунта в зонах его ослабления, с предварительным уплотнением грунта по контуру зоны уплотнения этим же способом. Повышается эффективность уплотнения грунта. 4 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к строительству, в частности к упрочнению оснований под фундаменты зданий и сооружений путем уплотнения грунта.

Известен способ укрепления основания путем уплотнения его грунта, причем уплотнение производят путем образования в нем сферических зон из твердеющего материала, подаваемого в грунт под давлением (1). Недостатком этого способа является то, что он предназначен для упрочнения однородных по глубине глинистых грунтов и для образования каждой сферической зоны необходимо каждый раз погружение инъектора, что требует создания сети отверстий, ослабляющих основание.

Известен способ уплотнения лессовых грунтов в основании зданий и сооружений (2), включающий нагнетание через инъектор лессовой пульпы под давлением до гидроразрыва грунта и замачивание его с последующим нагнетанием цементно-песчаного раствора с постепенным увеличением давления. Недостатками этого способа является то, что он предназначен для уплотнения только лессовых грунтов, разрушение структуры давлением происходит только до давления гидроразрыва, введенная для замачивания грунта лессовая пульпа в процессе эксплуатации при высыхании даст объемную усадку, что может привести с незапланированной осадке основания, а введенный для уплотнения грунта цементно-песчаный раствор, кроме эффекта уплотнения, создает вертикальный армоэлемент, характер работы которого в основании не поддается учету.

Известен также способ повышения прочности грунта путем его уплотнения, включающий погружение в грунт инъекторов, подачу через инъектор текучего цементного материала под давлением, измерение и регистрацию давления раствора, образование зоны упрочненного грунта и последующие погружения инъектора с образованием примыкающих зон упрочненного грунта; во время погружения инъектора определяют прочность грунта и при величине прочности менее допустимой осуществляют подачу текучего цементного материала под давлением, превышающим допустимую прочность грунта (3) - прототип.

Недостатками этого способа является то, что насыщение цементным раствором слабых пылевато-глинистых грунтов, имеющих обычно низкий коэффициент фильтрации осуществляется медленно и на расстоянии от инъектора, зоны упрочнения имеют неконтролируемое распространение, а текучий цементный материал, создающий зоны уплотнения грунта, при высыхании дает усадку, что может привести в незапланированной осадке основания.

Техническая задача, решаемая прелагаемым изобретением, заключается в повышении эффективности уплотнения любого вида дисперсного грунта. Предлагаемый способ уплотнения грунта позволяет проводить глубинное уплотнение грунта с контролем распространения зоны уплотнения грунта, а применяемый при этом раствор препятствует усадке при высыхании раствора, что приводит к упрочнению оснований под фундаменты зданий и сооружений, повышению их несущей способности и снижению деформативности.

Повышение эффективности уплотнения грунта достигается тем, что в известном способе, включающем погружение в грунт инъектора, подачу раствора под давлением, измерение и регистрацию давления, раствора, образование зоны уплотненного грунта и последующие погружения инъектора с образованием примыкающих зон уплотненного грунта, уплотнение дисперсного грунта производят путем нагнетания уплотняющего и проникающего раствора, обеспечивающего разрушение структуры грунта в зонах его ослабления, с предварительным уплотнением грунта по контуру зоны уплотнения.

Инъектор погружают в грунт на заданную глубину, подачу раствора производят под давлением, которое измеряют и регистрируют в процессе инъектирования и которое различно для разных видов дисперсного грунта. Скорость подачи раствора также зависит от вида дисперсного грунта и ограничивается скоростью его пластических деформаций. Подача раствора под давлением приводит к образованию зоны уплотненного грунта, а последующие погружения инъектора - к образованию примыкающих зон уплотненного грунта. Повышение эффективности уплотнения любого вида дисперсного грунта достигается путем нагнетания уплотняющего и проникающего раствора, который обеспечивает, с одной стороны, разрушение структуры грунта в зонах его ослабления за счет проникающего действия и, одновременно, с другой стороны, уплотнение грунта за счет проникновения его в разрушенные зоны и за счет давления проникающего раствора в зонах разрушения, а ограничение зоны уплотнения грунта предварительным уплотнением грунта по контуру зоны уплотнения позволяет, кроме того, контролировать распространение зоны уплотнения грунта и таким образом уменьшить материальные и энергозатраты. При уплотнении водонасыщенного слабофильтрующего грунта для повышения эффективности его уплотнения целесообразно скорость подачи раствора ограничить скоростью оттока воды из зоны уплотненного грунта.

При уплотнении лессового грунта для уменьшения усадок при высыхании целесообразно предварительно замачивание грунта водой, подаваемой под давлением, превышающим структурную прочность грунта.

Целесообразно для уменьшения усадок при высыхании введение в уплотняющий и проникающий раствор жесткого скелетного материала, например, песка, препятствующего усадке при высыхании раствора.

Целесообразно для повышения водоудерживающей способности уплотняющего и проникающего раствора подобрать его состав таким образом, что обеспечить его пластичность в процессе уплотнения грунта в зависимости от коэффициента фильтрации и давления подачи раствора.

Изобретение иллюстрируется рисунками: на фиг.1 представлена схема уплотнения основания существующего фундамента; на фиг. 2 - разрез по А-А.

Оборудование для реализации способа уплотнения грунта состоит из забивного инъектора 1, манометра 2 для измерения давления раствора, нагнетаемого насосом 3, растворомешалки 4 и мерной емкости для воды 5. На фиг. 1 показаны также фундамент 6, основание которого уплотняют предлагаемым способом (зона I, зона II, фиг.2), и зона 7 уплотнения грунта по контуру зоны уплотнения.

Способ осуществляют следующим образом. Инъектор I погружают в грунт под фундамент 6 (фиг.2) на заданную глубину (зона I, фиг.2) и подключают к насосу 3. Подготовленный в растворомешалке 4 раствор подают насосом 3 в грунт под давлением, превышающим структурную прочность грунта для создания разрушенных зон (зона I, фиг.2) в структуре грунта. Давление выбирают в зависимости от вида дисперсного грунта (его прочности), наличия в нем ослабленных зон и зон уплотнения фундаментом (зданием, сооружением) и измеряют и регистрируют манометром 2 в процессе инъектирования. Объем инъектируемого раствора определяют расчетным путем в зависимости от требуемой плотности грунта. Раствор подбирают таким образом, чтобы для данного вида дисперсного грунта он обладал уплотняющим и проникающим действием, а также обеспечивалась его пластичность в процессе уплотнения грунта (в зависимости от коэффициента фильтрации и давления подачи раствора). В качестве такого раствора может быть использован раствор как с твердеющим вяжущим, так и без него, с пластификатором. Для уменьшения усадок при высыхании раствор может содержать жесткий скелетный материал, например песок. При уплотнении лессового грунта его предварительно замачивают водой, подаваемой под давлением, превышающим структурную прочность грунта.

При подаче раствора в зону I (фиг.2) везде инъектора 1 образуется зона 8 из инъектированного раствора, который вследствие подачи его под давлением разрушает структуру грунта в прилегающих ослабленных зонах грунта, проникает в эти разрушенные зоны и таким образом уплотняет прилегающий (9, фиг.2) к зоне 8 грунт. Укрепление грунта происходит за счет образования в грунте разрушенных зон, заполняемых подаваемым раствором, и за счет давления раствора в разрушенных зонах, которое дополнительно уплотняет окружающий разрушенные зоны грунт. Укрепление грунта происходит также за счет проникновения раствора не только в разрушенные зоны, но и поры грунта.

После завершения уплотнения в зоне I инъектор перемещают в следующую зону, например, зону II (фиг. 2), и уплотнение возобновляется в таком же порядке. Уплотнение соседних скважин ведут с учетом показания манометра 2 при уплотнении первой скважины. Это позволяет определить влияние предыдущих стадий уплотнения и внести корректировку в объем инъектируемого раствора.

Для ограничения зоны уплотнения и сокращения материальных и энергозатрат таким же образом производят предварительно уплотнение грунта по контуру зоны уплотнения (7, фиг.1).

Пример.

Насыпной грунт образован засыпкой котлована до подошвы фундамента здания и распространен под всем зданием и наружных пазухах фундамента. Для уплотнения недоуплотненного грунта основания станка, представленного насыпным до глубины 2 м неоднородным грунтом, был подобран состав проникающего и уплотняющего раствора, содержащий 5 ч. песка мелкого, 2 ч. суглинка и 1 ч. портландцемента (для повышения пластичности и уменьшения водоотдачи глино-песчаного раствора из-за малого содержания глинистых частиц в используемом суглинке). В связи с высоким градиентом давления раствора в насыпном грунте и его высоком коэффициенте фильтрации для повышения водоудерживающей способности в состав раствора дополнительно ввели пластификатор C-3 в количестве 0,1% от веса цемента. Уплотнение грунта производили предлагаемым способом.

Предварительно произвели уплотнение грунта по контуру зоны уплотнения (по контуру основания станка), погружая инъектор вертикально с шагом 0,5 м на всю глубину насыпного грунта (2 м). В связи с большой неоднородностью грунта уплотнение по контуру зоны уплотнения контролировалось по объему подачи раствора в зону уплотнения, принятого V_max= 0,35 м³, или по подъему давления подачи раствора до 75 кПа. После выполнения одного из указанных выше требований инъектор перемещали в следующую позицию и повторяли операции в соответствии с предлагаемым способом.

После уплотнения грунта по контуру зоны уплотнения в основание погружали инъектор таким образом, чтобы расстояние от оси его погружения до дальней точки уплотняемого основания не превышало в данном случае 2 м. Учитывая высокую неоднородность основания, его уплотнение контролировали только величиной давления подачи раствора.

Фундамент станка передавал на основание давление в 120 кПа. Поэтому уплотнение основания давлением 300 кПа обеспечивало надежную работу фундамента вследствие повышения несущей способности основания и уменьшении его деформативности.

Таким образом, предлагаемый способ уплотнения грунта позволяет проводить глубинное уплотнение любого вида дисперсного грунта путем нагнетания уплотняющего и проникающего раствора, обеспечивающего разрушение структуры грунта в зонах его ослабления, с контролированием распространения зоны уплотнения грунта путем предварительного уплотнения его по контуру зоны уплотнения, а применяемый при этом раствор препятствует усадке при высыхании раствора, что приводит к упрочнению оснований под фундаменты зданий и сооружений, повышению их несущей способности и снижению деформативности.

Литература 1. А.с. СССР 903484, МКИ E 02 D 27/28, опубл. БИ N 5, 7.02.82.

2. Патент РФ 2015247, МКИ E 02 D 3/10, 3/12, опубл. БИ N 12, 30.06.94.

3. Патент СССР 11143 48, МКИ E 02 D 3/12, опубл. БИ N 34, 15.09.84 - прототип.

Формула изобретения

1. Способ уплотнения грунта, включающий погружение в грунт инъектора, подачу раствора под давлением, измерение и регистрацию давления раствора, образование зоны уплотненного грунта и последующие погружения инъектора с образованием примыкающих зон уплотненного грунта, отличающийся тем, что уплотнение дисперсного грунта производят путем нагнетания уплотняющего и проникающего раствора, обеспечивающего разрушение структуры грунта в зонах его ослабления, с предварительным уплотнением грунта по контуру зоны уплотнения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при уплотнении водонасыщенного слабофильтрующегося грунта скорость подачи раствора ограничивают скоростью оттока воды из зоны уплотненного грунта.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при уплотнении лессового грунта производят предварительное замачивание грунта водой, подаваемой под давлением, превышающим структурную прочность грунта.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что уплотняющий и проникающий раствор содержит жесткий скелетный материал, например песок, препятствующий усадке при высыхании раствора.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что состав уплотняющего и проникающего раствора подбирают так, чтобы обеспечить его пластичность в процессе уплотнения грунта в зависимости от коэффициента фильтрации и давления подачи раствора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2