Раствор для предварительного нагнетания в грунты оснований при устранении деформаций зданий и сооружений

Изобретение относится к области реконструкции строительных сооружений. Раствор для предварительного нагнетания в грунты оснований при устранении деформаций зданий и сооружений, содержащий смесь воды и сухих ингредиентов на минеральной основе при следующем соотношении, мас.%: микроцемент (типа микродур) 20-50; коллоидный кремнезем 5-15, гидратная известь 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. Техническим результатом является снижение затрат труда и материалов и повышение надежности работ по устранению деформаций зданий и сооружений. 1 ил.

 

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

Известен раствор для предварительного нагнетания в грунты оснований при устранении деформаций зданий и сооружений, содержащий смесь воды и сухих ингредиентов на минеральной основе. Раствор содержит: бентонитовый порошок 30%, карбонатная мука 68%, пластификатор 2%. [A. Bezuijen. // Compensation grouting in sand: Experiments, field experiences and mechanisms. 2010. Pp. XX].

Недостатком состава этого раствора является то, что при его использовании не достигается стабильных результатов, в результате чего 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 предварительного нагнетания в грунты оснований при устранении деформаций зданий и сооружений, содержащий смесь воды и сухих ингредиентов на минеральной основе, включающих цементные добавки, при этом раствор содержит следующий состав: бентонитовый порошок 25%, портландцемент - 50%, зола-унос - 23%, пластификатор 2% [М.Р. Moseley, K.Kirsch, E.Falk. Soil fracturing // Ground Improvement (second Edition). 2004. Pp. 220-251].

Достоинством состава раствора для предварительного нагнетания является то, что он высокопроницаемый, в результате его использования создается слой-матрица, который препятствует растрескиванию расширяемого слоя.

Недостатком состава раствора для предварительного нагнетания является то, что отсутствие гидроразрыва не гарантировано. Имеет место растрескивание и вместе с ним те же опасности, что и в предыдущем техническом решении: суффозийные процессы и обратные деформации сооружения.

Целью настоящего изобретения является снижение затрат труда и материалов и повышение надежности работ по устранению деформаций зданий и сооружений за счет исключения растрескивания и гидроразрывов грунта.

Для достижения поставленной цели раствор для предварительного нагнетания в грунты основания при устранении деформаций зданий и сооружений содержит смесь воды и сухих ингредиентов на минеральной основе и 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

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 (водная суспензия) для предварительного нагнетания в грунты оснований при устранении деформаций зданий и сооружений 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

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 создания единого упругого композиционного материала, способного при дальнейшем нагнетании раствора, т.е. на втором этапе, сопротивляться появлению трещин, при которых процесс нагнетания становится неопределенным.

Данное техническое решение представляет собой раствор для нагнетания на первом этапе, т.е. является раствором, который характеризуется высокой проницаемостью, т.е. способностью заполнить все поры, с одной стороны, и, с другой, способностью, соединяясь (механически) с грунтом, создать упругий композиционный материал. Следует отметить, что нагнетание раствора производится при соблюдении жестких правил обеспечения режима давления и расхода.

По окончании предварительного нагнетания с использованием данного раствора удается достигнуть следующих показателей: снижение коэффициента пористости на 80%, увеличение модуля деформации на 20%, увеличение коэффициента поперечной деформации на 15%. Расчетное сопротивление на растяжение для массива грунта должно остаться прежним (т.е. раствор предварительного нагнетания набирает прочность очень медленно или не набирает вовсе). Таких показателей ни в аналоге, ни в прототипе достигнуть не удавалось.

Сущность технологического процесса, где применяется предлагаемый раствор, следующая (см. чертеж). 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. 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.

Слои 4 и 5 представляют собой смесь местного грунта с нагнетаемым раствором.

Насосная станция 8 под давлением не более 5 атм подает раствор для предварительного нагнетания указанного выше состава.

В результате поры грунта заполняются, а скелет грунта не нарушается. 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 и подъем фундамента. Формирование расширяемого слоя (при компенсационном нагнетании) может идти в несколько этапов до получения требуемой точности выравнивания зданий или сооружений.

При предварительном нагнетании лучший эффект достигается при нагнетании с верхнего яруса вниз, 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. чертеж) и далее продолжают по принципу «снизу вверх», поэтому суммарная деформация вверх «δ_в» (которая равна деформации «δ_г» здания) больше суммарной деформации «δ_н» вниз.

Пример осуществления изобретения.

При проходке ветки метрополитена произошли деформации 3-этажного здания на Дмитровском шоссе. Величина осадки составила 25 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 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 Р_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 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 с одновременным повышением надежности исправленного основания зданий и сооружений за счет исключения растрескивания и гидроразрывов грунта.

Раствор для предварительного нагнетания в грунты оснований при устранении деформаций зданий и сооружений, содержащий смесь воды и сухих ингредиентов на минеральной основе, отличающийся тем, что он содержит состав при следующем соотношении, мас.%:

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