способ защиты существующих зданий, сооружений и подземных коммуникаций в зоне влияния строительства

Формула изобретения

1. Способ защиты существующих зданий, сооружений и подземных коммуникаций в зоне влияния строительства, включающий устройство в грунте геотехнического экрана из погружаемых в грунт между фундаментами существующих и возводимых зданий, сооружений и подземных коммуникаций инъекторов с последующей инъекцией закрепляющего раствора в грунт под давлением, отличающийся тем, что геотехнический экран устраивают комбинированным из двух рядов инъекторов - пассивного со стороны возводимого объекта и активного со стороны существующего объекта, а закрепляющий раствор подают сначала в пассивный ряд инъекторов путем однократной инъекции раствора, а затем в активный ряд инъекторов путем многократной инъекции раствора в грунт до восстановления первоначального напряженно-деформированного состояния грунтов основания и фундаментов существующих зданий, сооружений и подземных коммуникаций.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что геотехнический экран устраивают из двух рядов инъекторов с взаимным расположением проекций инъекторов под углом друг к другу.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что геотехнический экран устраивают под углом к вертикали.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при инъецировании раствора в активный ряд инъекторов геотехнического экрана давление нагнетания раствора вначале увеличивают до давления гидравлического разрыва грунта, после чего снижают.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и касается обеспечения сохранности существующей застройки.

Известен способ устройства разделительной стенки между фундаментом существующего и возводимого здания путем установки буровых свай с шагом, устройства между ними щелей, заполнение их тиксотропным раствором и погружение в щели металлических гофрированных листов, соединенных с балкой, установленной на головах свай. При этом щель прорезают на глубину сжимаемого слоя грунта основания возводимого здания [1].

Недостатком этого способа является его трудоемкость, материалоемкость, невозможность восстановления первоначального напряженно-деформированного состояния грунтов основания и фундаментов здания, а также подъема и выравнивания фундаментов здания.

Известен способ защиты зданий и сооружений от негативного влияния горных выработок, заключающийся в выравнивании зданий и сооружений поддомкрачиванием. Для этих целей в цокольной части стен зданий и сооружений устраиваются ниши для установки домкратов, железобетонные пояса для распределения нагрузок от домкратов на грунт и др. [2].

Недостатки данного способа заключаются в трудоемкости и сложности работ, поскольку строительные работы выполняют непосредственно в существующем здании и требуют, как правило, усиления и изменения конструкции существующего объекта и прерывание его эксплуатации.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ возведения подземных сооружений в зоне городской застройки, включающий устройство в грунте геотехнического барьера путем внедрения в грунт ряда вертикальных инъекторов на пути распространения волны изменения напряженно-деформированного состояния грунта и закачивание цементного раствора до достижения Kr 0.5, где Kr - 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 подачу цементного раствора до восстановления напряженно-деформированного состояния грунта.

Недостатками этого способа является то, что возникает негативное дополнительное давление на непроницаемые ограждающие конструкции (например, шпунтовое ограждение котлована из труб с забиркой из привариваемых металлических листов) возводимого сооружения в результате нагнетания раствора в грунт при давлениях, близких или превышающих давление гидроразрыва; возникает опасность просачивания нагнетаемого раствора в котлован при проницаемых ограждающих конструкциях (например, шпунтовое ограждение котлована из труб без забирки); устройство вертикального барьера в зоне тесной городской застройки в ряде случаев не возможно. Кроме этого, затруднено определение коэффициента релаксации, поскольку получить "конечное давление в грунте" без задания критерия стабилизации давления во времени весьма сложно.

Техническая задача заключается в повышении эффективности и надежности защиты существующих зданий, сооружений и подземных коммуникаций за счет устранения негативного воздействия геотехнического барьера на ограждающие конструкции возводимого объекта, в расширении технологических возможностей проведения строительных работ в зоне тесной застройки города.

Поставленная задача решается таким образом, что в способе защиты существующих зданий, сооружений и подземных коммуникаций в зоне влияния строительства, включающем устройство в грунте геотехнического экрана из погружаемых в грунт между фундаментами существующих и возводимых зданий, сооружений и подземных коммуникаций инъекторов с последующей инъекцией закрепляющего раствора в грунт под давлением, согласно изобретению, геотехнический экран устраивают комбинированным - из двух рядов инъекторов, пассивного, со стороны возводимого объекта, и активного, со стороны существующего объекта, а закрепляющий раствор подают сначала в пассивный ряд инъекторов путем однократной инъекции раствора, а затем в активный ряд инъекторов путем многократной инъекции раствора в грунт до восстановления первоначального напряженно-деформированного состояния грунтов основания и фундаментов существующих зданий, сооружений и подземных коммуникаций. Причем геотехнический экран устраивают из двух рядов инъекторов с взаимным расположением проекций инъекторов под углом друг к другу. Кроме того, геотехнический экран устраивают под углом к вертикали. При этом при инъецировании раствора в активный ряд инъекторов геотехнического экрана давление нагнетания раствора вначале увеличивают до давления гидравлического разрыва грунта, после чего снижают.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что геотехнический экран устраивают комбинированным из двух рядов инъекторов, пассивного, со стороны возводимого объекта, и активного, со стороны существующего объекта, а закрепляющий раствор подают сначала в пассивный ряд инъекторов путем однократной инъекции раствора, а затем в активный ряд инъекторов путем многократной инъекции раствора в грунт до восстановления первоначального напряженно-деформированного состояния грунтов основания и фундаментов существующих зданий, сооружений и подземных коммуникаций.

Пассивная часть экрана выполняется со стороны возводимого сооружения, устраивается, как правило, путем закрепления грунта. Она служит для снижения дополнительного давления на ограждающие конструкции возводимого объекта при нагнетании инъектируемого в грунт раствора в активной части экрана и направления инъекции раствора в сторону грунтов основания существующего объекта. Активная часть экрана выполняется со стороны защищаемых зданий и сооружений. Она устраивается путем многократной инъекции раствора в грунт, служит для восстановления первоначального напряженно-деформированного состояния грунтов основания и фундаментов существующих зданий, сооружений и подземных коммуникаций. Причем для повышения жесткости и сплошности геотехнический экран устраивают так, чтобы взаимное расположение проекций инъекторов активного и пассивного рядов находились под углом друг к другу. Кроме того, геотехнический экран устраивают под углом к вертикали, величина угла определяется взаимным расположением возводимого сооружения и фундаментов защищаемых объектов. При этом при каждом i-ом цикле инъекции раствора в активный ряд инъекторов геотехнического экрана давление нагнетания раствора вначале увеличивают до давления гидравлического разрыва грунта Р_грi, после чего снижают до величины К·Р _грi, где К=0,5...0,9 - коэффициент, определяемый в результате опытных работ.

Пример защиты существующего здания, расположенного в зоне влияния прокладки тоннеля, путем устройства комбинированного геотехнического экрана.

Способ защиты поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема устройства геотехнического экрана, на фиг.2 - 1-1 фиг.1, на фиг.3 - 2-2 фиг.1.

Между фундаментами существующего здания 1 и прокладываемым тоннелем 2 в грунте устраивают геотехнический экран, который состоит из погруженных в грунт инъекторов 3 пассивного ряда 4 и активного ряда 5.

Геотехнические параметры экрана: глубина, шаг, привязка в плане и наклон инъекторов обеих частей экрана, состав раствора, радиус закрепления и характеристики закрепленного грунта в пассивной части экрана, объем инъектируемого в грунт раствора в активной части экрана назначаются с учетом результатов моделирования изменения напряженно-деформированного состояния грунтового массива и фундаментных конструкций здания в результате проходки тоннеля и опытных работ на объекте.

Параметры геотехнического экрана подбираются таким образом, чтобы прогнозные дополнительные деформации (максимальная дополнительная осадка, максимальная относительная разность осадок, максимальный дополнительный крен, максимальная дополнительная кривизна подошвы фундамента) фундаментов здания от влияния проходки тоннеля не превышали 10...30% от предельных величин.

Комбинированный геотехнический экран устраивают до начала проходки тоннеля. Перед устройством экрана создается система инструментального контроля перемещений фундаментных конструкций защищаемого здания (инженерно-геодезические наблюдения 1-2 класса точности по стенным маркам, установленным на цокольной части наружных стен здания, устройство маяков на существующих трещинах в стенах здания и т.д.) и изменения напряженно-деформированного состояния (НДС) массива грунта (измерение горизонтальных перемещений грунта с использованием инклинометров; измерение вертикальных перемещений грунта с использованием марок послойных деформаций грунта и др.). После устройства системы контроля выполняется нулевой цикл измерений. Для наблюдения за перемещениями здания предпочтительно использовать систему оперативного наблюдения типа CYCLOPS с использованием тахеометров с сервоприводом.

В грунт погружают инъектора 3 пассивного 4 и активного 5 рядов экрана. Инъектора по длине имеют расположенные с некоторым шагом отверстия. Для активного ряда экрана используют инъектора манжетно-тампонного типа.

Через пассивный ряд инъекторов экрана производят закрепление грунтов путем однократного нагнетания в грунт растворов, приготовленных на основе цемента, силиката натрия или синтетических смол. Давление нагнетания растворов должно быть меньше давления гидравлического разрыва грунта. Согласно установленной системе контроля выполняют первый цикл контрольных измерений.

Через систему инъекторов активного ряда экрана производят нулевой (предварительный) цикл нагнетания раствора в грунт. Для этого может быть использован, например, цементный раствор с различными добавками. Цель нулевого цикла нагнетания - проверка всей системы нагнетания, начальная "опрессовка" (предварительное сжатие) грунта, сравнение прогнозной расчетной реакции грунтового массива и здания на нагнетание раствора и, как следствие, корректировка принятой методики компенсационного нагнетания. Давление нагнетания раствора вначале увеличивается до давления Р_грi гидравлического разрыва грунта, окружающего инъектор. После достижения Р_грi оно снижается до величины 0,8·P_грi. Нагнетание выполняют до момента обнаружения реакции защищаемого здания - его перемещений до 1...3 мм. В процессе нагнетания производят периодические циклы контрольных измерений.

В процессе проходки тоннеля согласно установленной системе контроля выполняют периодические контрольные измерения. После того как дополнительные деформации здания будут достигать 10...30% (не менее 5 мм) от предельных значений, производят первый и последующие циклы компенсационного нагнетания раствора в грунт через систему инъекторов в активной части экрана. При этом давление нагнетания раствора вначале увеличивают до давления P_грi гидравлического разрыва расширяющейся после каждого нагнетания "оболочки" из укрепленного грунта. Затем давление снижают до величины 0,8·Р _грi. Компенсационное нагнетание выполняют до восстановления первоначального напряженно-деформированного состояния грунтов основания и фундаментов здания, подъема и выравнивания его фундаментов. Допускается незначительное поднятие здания на 1...3 мм. В процессе нагнетания производят периодические циклы контрольных измерений и расчеты дополнительных деформаций фундаментов здания.

После проходки тоннеля и завершения строительных работ выполняют заключительные (один или несколько) циклов нагнетания. Периодичность контрольных измерений и циклов нагнетания после проходки тоннеля вблизи здания существенно меньше, чем при проходке.

Техническим результатом изобретения является снижение негативного воздействия геотехнического экрана на ограждающие конструкции возводимого сооружения, повышение эффективности и надежности (создание направленной инъекции, приближение экрана к подошве фундаментов защищаемых зданий и сооружений, создание эффекта армирования грунта) и расширение сферы применения геотехнического экрана (для случаев, когда возводимое сооружение частично или полностью расположено под защищаемым зданием или сооружением).

Источники информации

1. Заявка РФ №94007986, кл. E 02 D 5/30, БИ №34, 10.12.95 г.

2. Основания, фундаменты и подземные сооружения. - М.: Стройиздат, 1985 г., 480 с.

3. Патент РФ №2245966, кл. Е 02 D 31/08, БИ №5, 2005.02.10 (прототип).