способ закрепления грунта

Формула изобретения

1. Способ закрепления грунта, включающий образование скважин и нагнетание в них цементного или грунтоцементного раствора, отличающийся тем, что после образования скважин определяют количество, порядок залегания и толщину геологических элементов в геологическом разрезе закрепляемого массива грунта и нормальное напряжение в середине каждого из этих элементов, которое создается массой грунта и сооружения, после чего готовят для каждого геологического элемента свой раствор, расход цемента на который определяют по формуле Q_i = X h_i G_i q, где Q_i - расход цемента на участок скважины, проходящий через i-й геологический элемент, т, S - площадь сечения, закрепляемая одной скважиной, м², h_i - толщина i-го геологического элемента, м, G_i - нормальное напряжение в середине i-го геологического элемента, создаваемое массой грунта и сооружения, МПа, q = 0,08 - 0,12 т/м³ - удельный расход цемента на каждые 0,01 МПа нормального напряжения в середине геологического элемента, а закачку раствора ведут снизу вверх по высоте скважины отдельными заходками.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в геологическом элементе, который имеет наибольшие просадочные свойства в геологическом элементе, который имеет наибольшие просадочные свойства в геологическом разрезе закрепляемого массива грунта, закачку раствора ведут с разрывом грунта.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что если закрепляемый массив грунта в геологическом разрезе однороден и представляет собой единый геологический элемент, то его делят по глубине залегания на несколько зон, определяют в середине каждой зоны нормальное напряжение, которое создается массой грунта и сооружения и готовят для каждой зоны свой раствор.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству, в частности к закреплению просадочных и слабых грунтов оснований фундаментов зданий и сооружений.

В настоящее время широко распространен способ химического закрепления грунта посредством нагнетания в них разных составов, активно реагирующих с грунтом (см. , например, В.Е.Соколович "Химическое закрепление грунтов", М. Стройиздат, 1980, с. 3).

Основным недостатком закрепления грунтов химическими составами является то, что химическая активность различных грунтов неодинакова. Это вызвало необходимость создания большого количества различных закрепляющих составов (см. , например, а.с. СССР NN 1467137, 1578258, 1622515, 1661274, пат. РФ N 2035544 и др., МКИ E 02 D 3/12). Кроме того, этот способ невозможно использовать для закрепления грунтов, степень влажности которых превышает 0,6, слабопроницаемых грунтов, плывунов и т.д.

Этого недостатка лишен способ закрепления грунта, выбранный за прототип и заключающийся в нагнетании в грунты через пробуренные скважины или инъекторы цементного или грунтоцементного раствора (см., например, Л.В.Гончарова "Основы искусственного улучшения грунтов", М. Издательство Московского университета, 1973, с. 331).

Однако при применении этого способа велик расход цемента. Так в геологических условиях г. Ростова н/Д и Ростовской области, ряда районов Северного Кавказа и Западной Сибири для закрепления просадочных и слабых грунтов основания под фундамент, например, 9-ти этажного 72-квартирного дома серии 87-072/1.2п потребляется до 600 тонн портландцемента марки 400-500.

При этом геологические разрезы грунтов этих районов на глубину закрепления, как показали многолетние исследования, представляют собой несколько геологических элементов (несколько слоев грунта), имеющих различные составы, физико-механические показатели и химическую активность, например, пылеватые пески, просадочные лесовидные грунты, плывуны, илы и т.д. Чередование и количество таких геологических элементов могут быть самыми различными даже в пределах одного населенного пункта.

Техническая задача изобретения состояла в разработке способа закрепления грунта, обеспечивающего снижение расхода цемента.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе закрепления грунта, включающем образование скважин и нагнетание в них цементного или грунтоцементного раствора, после образования скважин определяют количество, порядок залегания, толщину геологических элементов в геологическом разрезе закрепляемого массива грунта и нормальное напряжение в середине каждого из этих элементов, которое создается массой грунта и сооружения, после чего готовят для каждого геологического элемента свой раствор, расход цемента на который определяют по формуле Q_i = Sh_iG_iq, где Q_i - расход цемента на участок скважины, проходящий через i-й геологический элемент, т, S - площадь основания, закрепляемая одной скважиной, м², h_i - толщина i-го геологического элемента, м, G_i - нормальное напряжение в середине i-го геологического элемента, создаваемое массой грунта и сооружения, МПа, q = 0,08-0,12 т/м³ - удельный расход цемента на каждые 0,01 МПа нормального напряжения в середине геологического элемента, а закачку раствора ведут снизу вверх по высоте скважины отдельными заходками.

Кроме того, в геологическом элементе, который имеет наибольшие просадочные свойства в геологическом разрезе закрепляемого массива грунта, закачку раствора ведут с разрывом грунта.

Если закрепляемый массив грунта в геологическом разрезе однороден и представляет собой единый геологический элемент, то его делят по глубине залегания на несколько зон, в середине каждой зоны определяют нормальное напряжение, которое создается массой грунта и сооружения, и готовят для каждой зоны свой раствор.

Предлагаемый способ позволяет экономить до 30-35% цемента при закреплении цементными и грунтоцементными растворами слабых и просадочных грунтов. Так, например, при закреплении оснований под фундамент 9-ти этажного 72-квартирного жилого дома серии 87-072/1.2п экономится до 200 тонн цемента.

Предлагаемый способ закрепления грунта осуществляют следующим образом.

Бурят скважины и берут пробы грунта с разной глубины. Лабораторными исследованиями этих проб и их закреплением определяют состав грунтов, залегающих на разной глубине, их физико-механические и химические свойства. На основании этого определяют количество, порядок залегания и толщину геологических элементов, каждый из которых имеет состав грунта, отличающийся по своим свойствам от составов грунтов геологических элементов, непосредственно граничащих с ним. Затем определяют (согласно СНиП 2.02.01 - 83 Приложение N 2) нормальное напряжение в середине каждого геологического элемента. Цементный или грунтоцементный раствор готовят для каждого геологического элемента отдельно, определяя расход цемента на каждый геологический элемент по формуле Q_i= Sh_iG_iq, где Q_i - расход цемента на участок скважины, проходящий через i-й геологический элемент, т, S - площадь основания, закрепляемая одной скважиной, м², h_i - толщина i-го геологического элемента, м, G_i- нормальное напряжение в середине i-го геологического элемента, создаваемое массой грунта и сооружения, МПа, q = 0,08-0,12 т/м³ - удельный расход цемента на каждые 0,01 МПа нормального напряжения в середине геологического элемента.

Численные значения q определены экспериментальным путем на основании многочисленных лабораторных закреплений различных грунтов: лесового, пылеватых песков, илов, плывунов, слабых глин и т.д. При q<0,08 приготовленный раствор не обеспечит требуемой прочности закрепленного грунта, а при q>0,12 расход цемента будет превышать необходимый.

После приготовления растворов начинают их закачку, которую ведут снизу вверх по высоте скважины отдельными заходками. При этом в каждый геологический элемент закачивают раствор, приготовленный именно для этого элемента. Закачку раствора в геологический элемент, имеющий наибольшие просадочные свойства, можно вести с разрывом грунта, что обеспечит ему дополнительное упрочнение.

Предлагаемый способ эффективен и в тех случаях, когда закрепляемый массив грунта в геологическом разрезе однороден и представляет собой единый геологический элемент. В этом случае его делят по глубине залегания на несколько зон, определяют в середине каждой зоны нормальное напряжение, которое создается массой грунта и сооружения, и готовят для каждой зоны свой раствор, расход цемента на который определяют по той же вышеприведенной формуле.