способ выправления крена здания

Формула изобретения

1. Способ выправления крена зданий, включающий создание экрана по внешнему контуру здания на расстоянии 1,5-2,0 м от его фундамента на глубину активной зоны путем инъекционного уплотнения грунта, инъектирование активной зоны наиболее сжимаемой части основания уплотняющим раствором до стабилизации грунта основания посредством расположенных на расстоянии 0,5-1,0 м от фундамента или от его внешнего и внутреннего контуров с шагом 2-3 м инъекторов, погруженных на глубину активной зоны, причем подачу уплотняющего раствора осуществляют до образования в грунте полостей гидроразрыва, а дальнейшую подачу под постоянным давлением 2-10 атм., обеспечивающим вокруг инъекторов уплотненную зону грунта с радиусом 1,5-2,5 м, разуплотнение наименее сжимаемой части массива грунта основания здания для обеспечения осадки части здания путем бурения с отбором керна наклонных скважин без обсадки диаметром 73-146 мм, расположенных в виде веерных кустов или через интервал 0,5-1,5 м, а до выравнивания крена осуществляют дополнительное инъектирование уплотняющего раствора в разуплотненное основание с заполнением им не закрытых скважин до полной стабилизации осадки основания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в неводонасыщенных грунтах выбуриваемые в основании зданий и сооружений скважины заполняют водой для увлажнения грунтов в стенках скважин и повышения их сжимаемости.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что повышение сжимаемости грунтов, получение дополнительной осадки и сокращение времени выправления крена производят за счет приложения к инъекторам динамической нагрузки с частотой 0,5-2 Гц и энергией возбуждения 40-60 Дж.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству, в частности к выправлению крена зданий, образующегося в результате неравномерной сжимаемости грунтов в основании зданий. Способ применим как для ранее построенных, так и вновь строящихся зданий, испытывающих крен из-за неверных расчетов или недоучета инженерно-геологических условий или изменения последних в ходе эксплуатации здания.

Известен способ выправления крена зданий, основанный на применении плоских домкратов (1). Он позволяет поднимать наиболее опустившуюся часть здания и вводить в конструкцию фундаментов новые элементы, нивелирующие наклон здания. Эта процедура требует сложного специального оборудования и высокой квалификации исполнителей.

Недостатком этого способа является то, что он не устраняет неоднородность по сжимаемости толщи грунта в основании сооружения, являющуюся причиной неравномерной осадки здания, что может привести к возобновлению неравномерных осадок при изменении условий эксплуатации здания, его реконструкции, надстройке или под влиянием различных внешних воздействий.

Известен также способ, основанный на том, что после выправления крена здания с помощью домкратов под фундамент наиболее опустившейся части здания подводят сваи (2). Недостаток этого способа заключается в сложности производства работ и недопустимости динамических воздействий, которые могут оказать вредное влияние на здание и его основание.

Задача изобретения - устранение указанного выше недостатка и создание способа выправления крена здания с одновременным устранением неравномерной сжимаемости толщи грунта в его основании.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Способ выправления крена зданий включает создание экрана по внешнему контуру здания на расстоянии 1,5-2,0 м от его фундамента на глубину активной зоны путем инъекционного уплотнения грунта, инъектирование активной зоны наиболее сжимаемой части основания уплотняющим раствором до стабилизации грунта основания посредством расположенных на расстоянии 0,5-1,0 м от фундамента или от его внешнего и внутреннего контуров с шагом 2-3 м инъекторов, погруженных на глубину активной зоны, причем подачу уплотняющего раствора осуществляют под возрастающим давлением до образования в грунте полостей гидроразрыва, а дальнейшую подачу под постоянным давлением 2-10 атм, обеспечивающим вокруг инъекторов уплотненную зону грунта с радиусом 1,5-2,5 м, разуплотнение наименее сжимаемой части массива грунта основания здания для обеспечения осадки части здания путем бурения с отбором керна наклонных скважин без обсадки диаметром 73-146 мм, расположенных в виде веерных кустов или через интервал 0,5-1,5 м, а до выравнивания крена осуществляют дополнительное инъектирование уплотняющего раствора в разуплотненное основание с заполнением им незакрытых скважин до полной стабилизации осадки основания. Для ускорения процесса выправления крена здания в неводонасыщенных грунтах выбуриваемые в основании зданий и сооружений скважины заполняют водой для увлажнения грунтов в стенках скважин и повышения их сжимаемости. Кроме того, повышение сжимаемости грунтов, получение дополнительной осадки и сокращение времени выправления крена производят за счет приложения к инъекторам динамической нагрузки с частотой 0,.5-2 Гц и энергией возбуждения 40-60 Дж.

Установка наклономеров на полу здания дает возможность контролировать процесс выправления крена и тем самым позволяет оперативно управлять всем ходом работ. Положительным качеством предлагаемого способа является также и то, что он может применяться без выселения жителей и приостановки функционирования здания.

На чертеже изображен ленточный фундамент здания, наклонившийся на запад вследствие большей сжимаемости грунта в основании левой части здания по сравнению с правой частью.

Способ осуществляется следующим образом.

По внешнему контуру здания на расстоянии 1,5-2,0 м от его фундамента на глубину активной зоны создается внешний экран - уплотненная зона грунта с применением двух- или трехщелевого инъектора. Расстояние между точками инъектирования 2 составляет 3-4 м. В левой части основания здания, испытывающей наибольшую сжимаемость, по внешнему контуру здания на расстоянии 0,5-1,0 м от фундамента, а также внутри здания из его подвала по внутреннему контуру фундамента в случае ленточного фундамента или по всей площади фундамента в случае плитного фундамента погружаются инъекторы 3 на глубину h активной зоны здания. Обычно h составляет 3-10 м. По внешнему и внутреннему контуру ленточного фундамента инъекторы располагают с шагом 2-3 м, а под плитным фундаментом (внутри здания) по сетке с шагом l=2×2 м, 3×3 м или 2×3 м. Величина шага обусловлена состоянием грунта (плотность, влажность) и сжимаемостью массива. Чем ниже плотность грунта и выше его сжимаемость, тем меньше величина l.

Через инъекторы 3 производят нагнетание уплотняющего раствора - песчано-цементой смеси (например, марки 200), служащей для уплотнения и армирования грунта.

Подачу уплотняющего раствора осуществляют под возрастающим давлением до образования в грунте полостей гидроразрыва. Дальнейшую подачу под постоянным давлением 2-10 атм. Верхний предел давления ограничен тем, что с повышением давления выше 10 атм часто наблюдается выход песчано-цементной смеси на поверхность вдоль инъектора. Величина давления для каждого конкретного массива грунта определяется его плотностью и влажностью.

Объем закачиваемого уплотняющего раствора рассчитывается по величине пористости, которую нужно получить для достижения состояния грунта, соответствующего его сжимаемости в пределах нормативной величины (для нагрузки, эквивалентной нагрузке от здания). Например, при величине пористости пылеватого суглинка 43% эта плотность достигается при пористости 38%, следовательно, объем песчано-цементой смеси, необходимый для уплотнения 1 м ³ грунта, составляет 0,05 м³.

После закрепления левой части основания производится разбуривание наклонных скважин 4 под правой и средней частями здания. Разбуривание под средней частью здания осуществляется в том случае, если под этой частью здания, так же как и под его правой частью, отсутствуют грунты повышенной сжимаемости. Если же такие грунты присутствуют под центральной частью здания, то разбуривание этой части массива грунта не производится.

Бурение скважин осуществляется без их обсадки с полным подъемом керна. Диаметр скважин может варьировать от 73 до 146 мм. Скважины размещаются в виде веерных кустов или с шагом 0,5-1,5 м одна от другой. После бурения скважины наполняются водой (при бурении в неводонасыщенном массиве) для увлажнения грунта в стенках скважин и повышения его сжимаемости из расчета 0,15 м³ воды на 1 п.м. скважины.

В результате выбуривания грунта из активной зоны основания сооружения, замачивания и вибрационного воздействия провоцируется дополнительная сжимаемость грунта в основании правой и частично центральной частей здания и происходит равномерное опускание этих частей здания относительно неподвижной (стабилизированной) левой части здания, что приводит к выправлению крена.

Весь процесс выправления крена контролируется известными методами с помощью геодезических измерений или установки наклономеров.

При уменьшении крена и приближении его к нулю дальнейшее выбуривание грунта из-под основания здания прекращается и переходят к заключительной стадии работ - инъектированию уплотняющего раствора в правую и центральную части здания с целью достижения стабилизации основания под всем зданием. Инъектирование осуществляется по такой же методике, как это производилось в основании левой части здания. Инъектирование прекращается, как только стабилизируется осадка здания по всему контуру. В процессе инъектирования производится уплотнение грунта в средней и правой частях основания здания и, таким образом, основание здания становится более однородным по своим физико-механическим свойствам по сравнению с его исходным состоянием. Кроме того, в процессе инъектирования уплотняющий раствор заполняет стволы пробуренных скважин, которые не полностью закрылись в процессе уплотнения массива, за счет чего осуществляется дополнительное армирование массива.

Пример. В основании 22-х этажного здания залегает слоистая пачка аллювиальных сильносжимаемых грунтов мягкой и текучепластичной консистенции. Мощность пачки изменяется в основании сооружения от 2,0 м (северо-восточная часть площадки) до 7 м (юго-западная часть площадки). Нормативные значения модуля деформации грунтов этой пачки варьируют от 7 до 12 МПа. Неравномерная сжимаемость грунтов основания обусловила отклонение здания на 92 мм от вертикали (по верху здания) в юго-западном направлении. В основание юго-западной части здания было инъектировано 85 м ³ песчано-цементной смеси марки М200 под давлением 10 атм для его стабилизации. Затем было разбурено 48 скважин в основании северной и северо-восточной части здания и 57 скважин в центральной части и произведено изъятие керна из наиболее плотных слоев разреза. В 57 скважин центральной части здания было закачено 25,6 м ³ воды; в 48 скважин северной и северо-восточной частей здания закачено 25,2 м³ воды. В ходе замачивания грунтов на инъекторы и фундамент от вибратора передавалась динамическая нагрузка с частотой 0,5-2 Гц и энергией возбуждения 40-60 Дж. Из 186 мм общей осадки северной части здания 63 мм приходятся на осадки за счет динамической нагрузки.

После выравнивания здания в основании северо-восточной и центральной частей здания было инъектировано 98 м³ песчано-цементной смеси под давлением 10 атм. Повторное электродинамическое зондирование в 16 точках толщи грунта в основании здания показало, что в массиве грунта после его закрепления отсутствуют прослои с модулем деформации менее 20-25 МПа. Детальный геодезический контроль, продолжавшийся 6 месяцев после завершения работ, показал сохранение вертикального положения здания и постепенное затухание осадки по всему его контуру.

Источники информации

1. Ухов С.Б., Семенов В.В., Знаменский В.В. и др. Механика грунтов, основания и фундаменты. М., Изд-во АСВ, 1994, 527 с.

2. Патент Российской Федерации № 2059044.