Способ закрепления грунтов в основании деформированных зданий и сооружений

 

Изобретение относится к строительству, а именно к закреплению грунтов оснований зданий и сооружений, получивших повреждения, например, в виде трещин, смещений, образовавшихся в процессе строительства или эксплуатации строений в результате неравномерных осадок оснований. Способ закрепления грунтов в основании деформированных зданий и сооружений включает инъекцию улучшающих грунт растворов и химикатов отдельными захватками с предварительным установлением начальных взаимных перемещений отдельных частей здания, сооружения и измерением деформаций в процессе закрепления. Новым в способе является то, что вначале по величинам начальных взаимных перемещений судят о положении изогнутой оси строения, выявляют участки здания, сооружения, в пределах которых имеются однозначно изгибаемые участки. Затем осуществляют закрепление грунтов сначала на тех захватках однозначно изгибаемых участков, где зафиксированы наименьшие начальные осадки. Затем по результатам измерения деформаций, образовавшихся после первого этапа закрепления, вновь выявляют однозначно изгибаемые участки здания, сооружения и производят закрепление на последующих захватках тех участков строения, где образовались наименьшие осадки. Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности закрепления грунтов оснований зданий и сооружений без ухудшения деформированного состояния по сравнению с состоянием до осуществления закрепления, а также в упрощении работ и сокращении объемов закрепления грунтов. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области строительства и используется для закрепления грунтов оснований зданий и сооружений, получивших повреждения, например, в виде трещин, смещений, образовавшихся в процессе строительства или эксплуатации строений в результате неравномерных осадок оснований.

Известен способ закрепления грунтов оснований одновременно с устройством буронабивных или буроинъекционных свай путем инъекции в грунт вокруг свай улучшающих растворов и химикатов (патент N 2103443 RU. Способ устройства буронабивных свай /В.В.Лушников и В.А.Богомолов. - Опубл. Бюл. N 3, 1998 [1] ).

Недостаток способа состоит в том, что порядок устройства свай и закрепления грунтов в нем никак не регламентируется, вследствие чего в процессе закрепления возможно образование дополнительных неравномерных осадок, ухудшающих состояние строения по сравнению с состоянием до закрепления.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому решению является способ закрепления грунтов в основании деформированных зданий и сооружений, включающий инъекцию улучшающих грунт растворов и химикатов отдельными захватками с предварительным установлением начальных взаимных перемещений (осадок, горизонтальных подвижек и др.) отдельных частей здания, сооружения и измерением деформаций в процессе закрепления (Техническое обслуживание и ремонт зданий и сооружений: Справ. пособие /Под ред. М.Д.Бойко. - М.: Стройиздат, 1993 [2]). Описанный способ принят нами за прототип.

Недостаток способа состоит в том, что порядок устройства свай и закрепления грунтов в нем так же, как и в способе-аналоге, не регламентируется, вследствие чего в процессе закрепления возможно образование дополнительных неравномерных осадок, ухудшающих состояние строения по сравнению с состоянием до закрепления.

Известно, что после осуществления инъекции в грунт растворов и химикатов происходит временное ослабление грунта за счет поступления в него жидких компонентов растворов и химикатов, а твердение улучшающих веществ и собственно процесс закрепления грунта продолжается в течение некоторого времени после инъекции, которое зависит от сроков твердения растворов и химикатов, как правило, - от 1 до 7-10 сут. Сведения об ослаблении грунтов и о возникновении дополнительных осадок грунтов непосредственно после осуществления инъекционных работ содержатся в источниках: - Мусаэлян А.А., Лаврусевич Л.В., Гельман Т.В. Контроль степени упрочнения оснований деформированных зданий методом силикатизации //Основания, фундаменты и механика грунтов, 1985, N6. C. 15-18 [3]; - патент N 2103443 RU. Способ устройства буронабивных свай /В.В.Лушников и В.А.Богомолов [1].

Вследствие временного ослабления грунтов образуются дополнительные осадки частей зданий и сооружений на некоторых участках, которые могут быть опасными для строений в период, когда растворы или химикаты еще не получили проектной прочности.

Задачи предлагаемого изобретения состоят в обеспечении возможности закрепления грунтов оснований зданий и сооружений без ухудшения деформированного состояния строения по сравнению с состоянием до осуществления закрепления, а также в упрощении работ и сокращении объемов закрепления грунтов.

Задачи решаются за счет того, что в способе закрепления грунтов в основании деформированных зданий и сооружений, включающем инъекцию улучшающих грунт растворов и химикатов отдельными захватками с предварительным установлением начальных смещений отдельных частей здания, сооружения и измерением деформаций в процессе закрепления, согласно изобретению, вначале по величинам начальных взаимных перемещений судят о положении изогнутой оси строения, выявляют участки здания, сооружения, в пределах которых имеются однозначно изгибаемые участки, затем осуществляют закрепление грунтов сначала на тех захватках однозначно изгибаемых участков, где зафиксированы наименьшие начальные осадки; затем по результатам измерения деформаций, образовавшихся после первого этапа закрепления, вновь выявляют однозначно изгибаемые участки здания, сооружения и производят закрепление на последующих захватах тех участков строения, где образовались наименьшие осадки.

Кроме того, согласно изобретению: - о величинах начальных взаимных перемещений и о положении изогнутой оси зданий и сооружений судят по направлению развития, величинам раскрытия, взаимному смещению, общему объему трещин, а также по величинам упругого изгиба отдельных частей строений; - для зданий и сооружений, в которых образовались наклонные трещины, закрепление грунтов начинают на тех захватках, в направлении которых имеются нисходящие к фундаментам наклонные трещины; - по результатам измерения деформаций, образовавшихся после закрепления грунтов на первой захватке, судят о дополнительных осадках на последующих захватках, а в случае образования недопустимых дополнительных осадок на последующих захватках, закрепление грунтов на этих захватках осуществляют поэтапно, например, путем нагнетания закрепляющих растворов сначала через одну скважину, а после частичного твердения растворов - в остальных скважинах.

При решении поставленных задач в первую очередь используется отмеченный выше экспериментально установленный факт временного ослабления и увеличения осадок закрепленных грунтов в течение некоторого периода времени, соответствующего активному твердению закрепляющего раствора. Предлагаемый порядок закрепления грунтов (начиная с захваток, в пределах которых в строении возникли наименьшие осадки) обеспечивает образование здесь дополнительных осадок, что улучшает состояние здания, сооружения по сравнению с состоянием до закрепления (за счет некоторого контролируемого "выпрямления" его изогнутой оси). Последующее же закрепление грунтов в пределах других захваток также неизбежно сопровождается дополнительными осадками. Однако вследствие достигнутого на первом этапе "выпрямления" оси строения дополнительные осадки не могут ухудшить состояние строения по сравнению с исходным, имевшим место до начала инъекционных работ.

Кроме того, существует возможность уменьшения дополнительных осадок, возникающих после инъекции в грунт растворов, за счет поэтапного выполнения работ по закреплению грунтов, например, производя нагнетание сначала через одну скважину, а после частичного твердения раствора - через остальные скважины.

Установлено также, что о начальных смещениях зданий и сооружений и о положении изогнутой оси можно судить по направлению развития, величинам раскрытия, взаимному смещению и объему трещин в надземной части строений. Эта информация, полученная в результате предварительного обследования строения, служит основой анализа по специальной программе "DEFORM", с помощью которой моделируется "выпрямление" строения на величину зафиксированных деформаций, а также на величину предельных упругих прогибов-выгибов здания, которые неизбежно произошли до момента образования трещин, и тем самым восстанавливается величина фактических взаимных смещений.

Учитывая, что направление наклона трещин к фундаментам соответствует наименьшим осадкам грунтов, закрепление грунтов можно начинать на тех участках строений, в направлении которых, например, имеются нисходящие к фундаментам наклонные трещины.

При анализе уровня техники не выявлен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого решения, т.е. оно отвечает требованиям новизны.

Не выявлены также признаки, являющиеся отличительными в заявляемом решении, т.е. оно отвечает требованию изобретательского уровня.

Существо изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 схематически показан построенный в г. Екатеринбурге пятиэтажный жилой дом (в осях 1-9), после завершения строительства которого к нему был пристоен десятиэтажный дом (в осях 9-13); на фиг. 2 показаны начальные осадки строений, а также осадки, зафиксированные после поэтапного осуществления работ согласно изобретению. Разбивочные оси 1-13 на фиг. 1 показаны цифрами в кружках.

Оба дома (см. фиг. 1) имеют фундаменты 1, 2 и надземные кирпичные строения 3, 4. В результате неблагоприятных инженерно-геологических условий на площадке, а также в результате пристройки 10-этажного дома в обоих домах образовались трещины 5, нисходящие к осям 1 и 6-7 пятиэтажного и к оси 13 десятиэтажного домов.

В основании фундаментов 1 и 2 в пределах шести захваток 6-9 было произведено: - на первом этапе - закрепление грунтов на захватках 6 и 7 путем инъекции цементного раствора на глубину 5 м; - на втором этапе работ - закрепление грунтов оснований путем устройства буроинъекционных свай согласно патенту N 2103443 [1] на глубину 7 м пятиэтажного (поз. 8) и на глубину 9 м десятиэтажного (поз. 9) домов. Причем работы по устройству буроинъекционных свай были выполнены сначала через одну скважину, затем (спустя 7 сут, т.е. после частичного твердения закрепляющего раствора) в остальных скважинах.

График, характеризующий начальное положение изогнутых осей домов до осуществления работ по закреплению (поз. 10 на фиг. 2), получен: - по результатам геодезических измерений горизонтальных элементов домов, в частности, нивелированием отметок цоколей фундаментов 1 и 2 и оконных проемов надземных строений 3 и 4; - на основе анализа по программе "DEFORM" с учетом направления развития, величин раскрытия, взаимного смещения и общего объема трещин 5 в надземной части строений 3 и 4, установленных в результате предварительного обследования домов, а также с учетом упругого изгиба отдельных их частей, которые имели место до начала образования трещин.

Следует отметить, что эти измерения позволяют установить только относительные значения взаимных перемещений. Абсолютные же величины осадок, приведенные на фиг. 2, получены расчетом; они включают средние осадки отдельных частей строений 3 и 4, вычисленные на основании первичной информации о характеристиках сжимаемости грунтов, и дополнительные относительные взаимные перемещения.

Из анализа начальных осадок строений 3 и 4 следует, что график 10 на фиг. 2 имеет два однозначно изгибаемых вниз участка: первый - в пределах осей 1-7, второй - в пределах осей 7-9, 9-13. Положение захваток первого этапа работ было принято под теми участками фундаментов 1 и 2, в пределах которых зафиксированы наименьшие осадки. В направлении этих же осей в строениях 3 и 4 имеются нисходящие наклонные трещины 5, по которым также можно судить о рациональном размещении захваток на первом этапе работ.

После осуществления первого этапа работ на захватках 6 и 7 положение изогнутых осей строений 3 и 4, установленное геодезическими измерениями, изменилось так, как показано на фиг. 2 (поз. 11). График свидетельствует о возникновении дополнительных осадок на захватке 6 с наибольшей величиной до 20 мм. Эти осадки, продолжавшиеся в течение 1 мес. после инъекции растворов, способствовали "выпрямлению" изогнутой оси 5-этажного дома 3, улучшению общего его состояния по сравнению с первоначальным.

После двухэтапного выполнения работ по устройству буроинъекционных свай на захватках 8 и 9 возникли дополнительные осадки, которые развивались в течение 2 мес. (см. график 12 на фиг. 2). При этом конечные осадки несколько увеличились (на 15-17 мм), но наклоны графиков на участках осей 1-3, 3-7, 7-9 и 9-13, характеризующие неравномерность деформаций отдельных частей строений 3 и 4, уменьшились по сравнению с первоначальным состоянием (поз. 10). Это свидетельствует о том, что состояние строений 3 и 4 после осуществления работ по закреплению грунтов оснований не ухудшилось; напротив, созданием более надежного основания общая эксплуатационная надежность строений 3 и 4, несомненно, увеличилась: геодезическими измерениями в течение одного года после окончания работ было подтверждено отсутствие дополнительных осадок.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения обеспечивает возможность закрепления грунтов оснований зданий и сооружений без ухудшения деформированного состояния строения по сравнению с состоянием до осуществления закрепления, а также возможность упрощения работ и сокращения объемов закрепления грунтов.

Формула изобретения

1. Способ закрепления грунтов в основании деформированных зданий и сооружений, включающий инъекцию улучшающих грунт растворов и химикатов отдельными захватками с предварительным установлением начальных взаимных перемещений отдельных частей здания, сооружения и измерением деформаций в процессе закрепления, отличающийся тем, что вначале по величинам начальных взаимных перемещений судят о положении изогнутой оси строения, выявляют участки здания, сооружения, в пределах которых имеются однозначно изгибаемые участки, затем осуществляют закрепление грунтов сначала на тех захватках однозначно изгибаемых участков, где зафиксированы наименьшие начальные осадки, затем по результатам измерения деформаций, образовавшихся после первого этапа закрепления, вновь выявляют однозначно изгибаемые участки здания, сооружения и производят закрепление на последующих захватках тех участков строения, где образовались наименьшие осадки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что о величинах начальных взаимных перемещений и о положении изогнутой оси зданий и сооружений судят по направлению развития, величинам раскрытия, взаимному смещению, общему объему трещин, а также по величинам упругого изгиба отдельных частей строений.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для зданий и сооружений, в которых образовались наклонные трещины, закрепление грунтов начинают на тех захватках, в направлении которых имеются нисходящие к фундаментам наклонные трещины.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по результатам измерения деформаций, образовавшихся после закрепления грунтов на первой захватке, судят о дополнительных осадках на последующих захватках, а в случае образования недопустимых дополнительных осадок на последующих захватках закрепление грунтов на этих захватках осуществляют поэтапно, например, путем нагнетания закрепляющих растворов сначала через одну скважину, а после частичного твердения растворов - в остальных скважинах.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2