способ возведения подземных сооружений в зоне городской застройки

Формула изобретения

Способ возведения подземных сооружений в зоне городской застройки, включающий устройство в грунте геотехнического барьера между фундаментом существующего здания и возводимым подземным сооружением с заделкой его на расчетную глубину, возведение стен и днища подземного сооружения, отличающийся тем, что геотехнический барьер устраивают путем внедрения в грунт ряда вертикальных инъекторов на пути распространения волны изменения напряженно-деформированного состояния грунта и производят закачивание цементного раствора до достижения К_r 0,5, где К_r – коэффициент релаксации, равный отношению конечного давления в грунте после релаксации к максимальному давлению нагнетания раствора, а в процессе возведения стен подземного сооружения ведут контроль напряженно-деформированного состояния грунта, при изменении которого производят дополнительную закачку цементного раствора до восстановления напряженно-деформируемого состояния грунта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и касается возведения заглубленных сооружений.

Известны способы защиты зданий и сооружений от влияния подземных горных выработок [1], заключающиеся в том, что на расстоянии от фундамента разрабатывают траншею и заполняют ее податливым материалом, который воспринимает горизонтальные деформации земной поверхности.

Недостаток данного способа заключается в том, что горизонтальные деформации, возникающие при устройстве самой компенсационной траншеи, могут привести к дополнительным осадкам фундаментов.

Известен способ устройства шпунтового ограждения из металлического шпунта [2]. Металлический шпунт имеет длину, равную глубине подземного сооружения.

Недостатком данного способа является то, что он предотвращает миграцию грунта из-под существующего здания в сторону подземной выработки, однако, поскольку шпунт является гибкой конструкций, не препятствует изменению напряженно-деформированного состояния грунта основания.

Известен способ устройства разделительной стенки между фундаментом существующего здания и возводимым путем установки буровых свай с шагом, устройства между ними щели, заполнение их тиксотропным раствором и погружение в щели металлических гофрированных листов, соразмерных щели и соединенных с балкой, установленной на головах свай. Причем щель прорезают на глубину сжимаемого слоя грунта основания возводимого здания [3].

Недостатком данного способа является его трудоемкость, материалоемкость и невозможность обеспечения расчетного напряженно-деформированного состояния грунта в процессе возведения подземного сооружения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ возведения подземных сооружений в зоне городской застройки, включающий устройство в грунте геотехнического барьера в виде разделительного ограждения между фундаментом существующего здания и возводимым подземным сооружением с заделкой его на расчетную глубину, возведение стен и днища подземного сооружения [4]. Устройство в грунте разделительного ограждения осуществляют путем рыхления вокруг возводимого сооружения грунта и задавливания шпунтового ограждения с последующим устройством глинистой завесы из глинистого раствора. После чего приступают к возведению стен подземного сооружения.

Недостатком этого способа является трудоемкость и невозможность предотвращения изменения напряженно-деформированного состояния грунта под фундаментом существующего здания, что может привести к осадке фундамента больше допустимых значений [5].

Техническая задача заключается в предотвращении изменения напряженно-деформированного состояния грунта под фундаментом существующего здания в период возведения рядом с ним подземного сооружения.

Поставленная задача решается таким образом, что в способе возведения подземных сооружений в зоне городской застройки, включающем устройство в грунте геотехнического барьера между фундаментом существующего здания и возводимым подземным сооружением с заделкой его на расчетную глубину, возведение стен и днища подземного сооружения, согласно изобретению геотехнический барьер устраивают путем внедрения в грунт ряда вертикальных инъекторов на пути распространения волны изменения напряженно-деформированного состояния грунта и производят закачивание цементного раствора до достижения К_r 0,5, где К_r – коэффициент релаксации, равный отношению конечного давления в грунте после релаксации к максимальному давлению нагнетания раствора, а в процессе возведения стен подземного сооружения ведут контроль напряженно-деформированного состояния грунта, при изменении которого производят дополнительную закачку цементного раствора до восстановления напряженно-деформируемого состояния грунта.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что геотехнический барьер устраивают путем внедрения в грунт ряда вертикальных инъекторов на пути распространения волны изменения напряженно-деформированного состояния грунта и производят закачивание цементного раствора до достижения коэффициента релаксации больше 0,5, а в процессе возведения стен подземного сооружения ведут контроль напряженно-деформированного состояния грунта, при изменении которого производят дополнительную закачку цементного раствора до его восстановления.

Предлагаемый способ позволяет поддерживать начальное напряженно-деформированное состояние грунта в зоне фундамента существующего здания в процессе возведения подземного сооружения, что дает возможность снизить вертикальные и горизонтальные перемещения фундаментов до предельно допустимых значений [5].

Способ поясняется чертежом.

Между основанием фундамента 1 существующего здания и подземным сооружением (котлованом) 2 в грунте на пути распространения волны изменения напряженно-деформированного состояния грунта с шагом устраивают геомеханический барьер в виде ряда вертикальных инъекторов 3. Для этого в грунт внедряют инъектора 3 на глубину, определяемую расчетом, так, чтобы дополнительная осадка здания Sq, вызванная строительством подземного сооружения, не превысила предельных значений дополнительной осадки [Sq].

Sq [Sq]

До начала строительства производится “подготовка” грунта (предварительное напряжение) путем закачивания цементного или песчано-цементного раствора через инъектора 3. Закачивание производится до тех пор, пока коэффициент релаксации К_r не будет больше 0,5. Коэффициент релаксации К_r определяется как отношение конечного давления в грунте (после релаксации) к максимальному давлению (давлению нагнетания раствора).

В процессе возведения подземного сооружения осуществляют контроль и по мере изменения напряженно-деформированного состояния грунта основания производят дополнительную закачку раствора.

Контроль за изменением напряженно-деформированного состояния грунта основания производят с помощью системы датчиков давления, предварительно заложенных в грунт.

Закачивание раствора производят по манжетной технологии методом многоразовой инъекции. В качестве твердеющего раствора может быть использован цементный раствор с добавками и заполнителем. В виде добавок могут применяться бентонит для получения минимального водоотделения и жидкое стекло для повышения пластичности раствора и сокращения сроков схватывания. В качестве заполнителя - песок, зола уноса.

Пример:

На расстоянии 2,5-3,0 м от 8-этажного жилого дома возводят подземный пешеходный переход глубиной заложения 4 м и прокладку коллектора на глубине 9 м.

Ограждение котлована под пешеходный переход выполняют из 2-х рядов трубозавинчивающихся свай диаметром 219× 8 мм, длиной 8 м, с шагом 1 м. Конструкция ограждения шахты коллектора состоит из буросекущихся свай диаметром 750 мм, длиной 15 м, с распорками.

В соответствии с расчетами дополнительная осадка фундамента по оси 1 со стороны подземного пешеходного перехода составляет 2,8 см, по оси 2-2,1 см, при относительной неравномерности осадок 0,0011, что превышает предельно допустимые величины (предельная максимальная осадка - 2,0 см, относительная разность осадок - 0,0007).

Вдоль фундамента здания в грунте на уровне на 1 м ниже подошвы фундамента устанавливают датчики давления с шагом 3 м.

Между фундаментом здания и котлованом устанавливают ряд вертикальных инъекторов с шагом 1 м, через которые нагнетают цементный раствор.

Первоначально раствор закачивают в грунт при давлении 5 кгс/кв. см для создания предварительного напряжения грунта. Закачку производят порциями по 25-50 литров через 30 см по высоте инъектора по манжетной технологии. После каждого цикла закачки по всей высоте инъектора определяют коэффициент релаксации К_r, как отношение конечного давления в грунте, замеряемого с помощью датчиков давления, к максимальному давлению нагнетания раствора. После получения К_r=0,5 считалось, что грунт подготовлен для искусственного изменения напряженно-деформированного состояния грунта. В процессе устройства подземного сооружения при изменении напряженно-деформированного состояния грунта в основании здания, фиксируемого с помощью датчиков давления, производят дополнительное нагнетание цементного раствора небольшими объемами по 25-30 литров через 30 см по высоте инъектора многократно (до 10 раз) в одно и то же место до его восстановления.

Таким образом создают вертикальный геотехнический барьер на пути распространения волны изменения напряженно-деформированного состояния грунта в процессе выполнения работ по строительству пешеходного перехода и коллектора.

В результате мониторинга было выявлено, что осадка фундаментов по оси 1 не превысила 3 мм, фундаменты по оси 2 вообще не получили дополнительных перемещений.

Источники информации

1. Рекомендации по проектированию мероприятий для защиты эксплуатируемых зданий и сооружений от влияния горных выработок в основных угольных бассейнах. – Л.: Стройиздат, 1967, с.34.

2. Б.И.Далматов. Механика грунтов, основания и фундаменты. - Л.: Стройиздат.-1988.с.200.

3. Заявка РФ №94007986, кл.Е 0 20 5/3, БИ №34, 10.12.95.

4. Патент РФ №2042013, кл. E 02 D 29/045, БИ №23, 20.08.95 /прототип/.

5. Рекомендации по обследованию и мониторингу технического состояния эксплуатируемых зданий, расположенных вблизи нового строительства или реконструкции / Правительство Москвы, Москомархитектура, -1998.