Способ усиления фундамента и основания существующего строительного сооружения

 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при проведении ремонта и реконструкции существующих зданий и сооружений. Способ усиления фундамента и основания существующего строительного сооружения путем постановки системы буроинъекционных свай включает бурение скважин с последующим заполнением их тампонажным раствором. При этом производят бурение ряда наклонных скважин, проходящих через фундамент сооружения с внутренней его стороны, а также бурение вертикальных скважин, расположенных с внешней стороны сооружения по его периметру, и вертикальных скважин, расположенных рядами по площади подвального помещения сооружения, причем бурение вертикальных скважин, расположенных по площади подвального помещения, производят по три скважины, а их заполнение тампонажным раствором осуществляют путем заливки его в скважину, являющуюся смежной с двумя другими пробуренными скважинами, которую производят до момента его изливания из их устьев. Техническим результатом изобретения является повышение надежности закрепления и гидроизоляции фундаментного массива и грунтов оснований существующих строительных сооружений. 2 з. п.ф-лы.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при проведении ремонта и реконструкции существующих зданий и сооружений.

При выполнении ремонтно-восстановительных работ для усиления фундаментов и оснований существующих зданий и сооружений наиболее эффективным в условиях городской застройки с технологической и технической точек зрения является метод постановки буроинъекционных свай.

Известен способ усиления фундаментов реконструируемых зданий путем постановки вертикальных или наклонных буроинъекционных свай непосредственно через стены или фундаменты [П.А Коновалов. Основания и фундаменты реконструируемых зданий. - М.: 1988, с. 197-198].

Согласно данной технологии выполняют вертикальные или наклонные скважины станками вращательного бурения, затем в скважины опускают арматуру для образования каркаса, после чего скважины заливают цементно-песчаным раствором под давлением.

Установка в скважинах армокаркасов усложняет рассматриваемую технологию восстановительных работ и может ограничить область ее применения. Известен способ усиления фундаментов и оснований существующих строительных сооружений, входящий в комплекс работ, описанный в патенте РФ 2065001, E 02 D 35/00, публ. 1996, который выбран авторами в качестве ближайшего аналога.

Способ заключается в том, что под подошвой фундамента сооружают усиливающую конструкцию в виде системы пересекающихся рядов наклонных проходящих через фундамент буроинъекционных свай, установленных в шахматном порядке с внешней и с внутренней стороны фундамента.

Данная технология обеспечивает надежное усиление подошвы и тела фундамента. При этом в буроинъекционных сваях не используют армокаркасы, что снижает трудоемкость ремонтно-восстановительных работ.

Однако рассматриваемый способ недостаточно эффективен с точки зрения закрепления оснований существующих строительных сооружений и обеспечения надежной гидроизоляции.

Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности закрепления и гидроизоляции фундаментного массива и грунтов оснований существующих строительных сооружений.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе усиления фундамента и основания существующего строительного сооружения путем постановки системы буроинъекционных свай, включающем бурение скважин с последующим заполнением их тампонажным раствором, производят бурение ряда наклонных скважин, проходящих через фундамент сооружения с внутренней его стороны. При этом согласно изобретению осуществляют также бурение ряда вертикальных скважин, расположенных с внешней стороны сооружения по его периметру, и вертикальных скважин, расположенных рядами по площади подвального помещения сооружения, причем бурение вертикальных скважин, расположенных по площади подвального помещения, производят по три скважины, а их заполнение тампонажным раствором осуществляют путем заливки его в скважину, являющуюся смежной с двумя другими пробуренными скважинами, которую производят до момента его изливания из их устьев.

Целесообразным является производить бурение скважин вращательным колонковым безнасосным методом.

Целесообразным является частоту R_p расхаживания бурового снаряда при осуществлении вращательного колонкового безнасосного бурения выбирать исходя из выведенной автором зависимости: R_p≥k_рф•(D_c-D_ск)/(2К₃•cosβ), где k_pф=1,1-4,0 - коэффициент разрушенности, полученный эмпирическим путем и учитывающий степень разрушения разбуриваемого материала, D_с - диаметр скважины, м, D_ск- диаметр колонковой трубы, м, K₃ - кольцевой зазор между керном и колонковой трубой, м, β - угол наклона колонковой трубы к оси скважины, град.

Постановка вертикальных буроинъекционных свай по наружному контуру сооружения позволяет создать гидроизоляционную завесу для защиты стен сооружения и внутренних помещений от атмосферных осадков.

Постановка наклонных свай обеспечивает усиление тела фундамента и создает водонепроницаемую подстилку на границе фундамента и грунта. Кроме того, инъектирование тампонажного раствора в тело фундамента обеспечивает закупорку пор и трещин в стенах подвала реконструируемого помещения, а также позволяет связать омоноличенный фундамент с вертикальной гидроизоляционной завесой, сформированной вокруг сооружения, что дополнительно укрепляет фундамент и основание сооружения.

Постановка вертикальных свай по всей площади подвального помещения создает водонепроницаемую и прочную "подушку" под существующим полом. При этом бурение скважин "пакетами" из трех скважин и их заполнение тампонажным раствором через одну из скважин, смежную с двумя другими, обеспечивают гарантированное взаимоперекрытие инъектируемого в скважины тампонажного раствора, что способствует омоноличиванию основания сооружения.

Таким образом, в заявляемом способе за счет выбранных схемы размещения скважин и технологии заполнения их тампонажным раствором обеспечивается взаимное пересечение инъектируемого в скважины раствора, что приводит к связыванию в единый монолит фундамента и основания сооружения. Тем самым достигается усиление фундаментного массива и грунтов оснований и одновременно создается надежная система гидроизоляции.

Наиболее рациональной технологией бурения скважин, особенно при реализации заявляемого способа в условиях старой городской застройки, является технология вращательного колонкового безнасосного бурения, при которой очистка забоя скважины осуществляется за счет обратной всасывающей периодической промывки. Кроме того, вращательное колонковое бурение с отбором керна позволяет отслеживать состояние кладки фундамента и гибко управлять рецептурой тампонажных смесей и ходом инъектирования.

Выбор частоты R_p расхаживания бурового снаряда в соответствии с приведенной выше зависимостью позволяет оптимизировать процесс безнасосного бурения скважин с точки зрения сокращения времени "чистого" бурения. При этом используемый в зависимости и определенный эмпирическим путем коэффициент k_pф позволяет при выборе оптимальной частоты R_p расхаживания учитывать степень деградации материала кладки (фундамента) Коэффициент k_pф связан с численным значением показателя RQD степени трещиноватости материала (k_pф=1/RQD) и на практике меняется в пределах 1,1-4,0.

Способ осуществляют следующим образом.

Производят постановку трех групп буроинъекционных свай, а именно вертикальных свай, расположенных снаружи сооружения, вертикальных свай, расположенных внутри сооружения и проходящих через пол подвального помещения, и наклонных свай, проходящих через фундамент с внутренней его стороны. Бурение скважин при постановке свай осуществляют вращательным колонковым безнасосным методом. Порядок постановки буроинъекционных свай может быть, в частности, следующим.

На первым этапе обуривают сооружение снаружи по его периметру скважинами диаметром 42-112 мм. Скважины располагают на расстоянии 0,2-0,5 м от стены сооружения с шагом 1-5 м. После бурения скважины очищают от шламов путем их продувки или промывки и заполняют тампонажным глиноцементным раствором, подаваемым в скважины под давлением.

Второй этап заключается в обуривании подвального помещения по его периметру инъекционными скважинами диаметром 42-76 мм, расположенными под углом 30-45^o к поверхности пола встык стены и пола. После бурения скважины очищают от шламов путем их продувки или промывки и заполняют тампонажным глиноцементным раствором, подаваемым в скважины под давлением.

На третьем этапе проводят бурение вертикальных скважин диаметром 42-93 мм по всей площади подвального помещения рядами по квадратной сетке со сторонами квадрата 1-2 м. Бурение производят "пакетами" из трех скважин. После очистки от шламов путем продувки и/или промывки заполняют "пакеты" из трех скважин тампонажным раствором, подаваемым под давлением через скважину, которая является смежной для двух других скважин. Заливку раствора в скважину производят до момента его изливания из устьев двух других скважин.

При постановке трех групп свай конкретные значения параметров схемы заложения и диаметры скважин из вышеуказанных пределов, а также глубину скважин выбирают в зависимости от конструктивных особенностей сооружения, вида фундамента, степени его разрушения и глубины, вида и свойств грунтов основания.

Пример осуществления способа.

Проводилась работа по гидроизоляции и усилению фундамента и основания одного из исторических зданий г. Санкт-Петербурга.

Обуривали здание по периметру вертикальными скважинами диаметром 59 мм на глубину 3,2 м на расстоянии 0,25 м от стен здания. Скважины бурили на расстоянии 1 м друг от друга. Было пробурено 561 скважина. Заполняли скважины тампонажным глиноцементным раствором.

Затем производили бурение наклонных скважин в тело фундамента встык стены и пола подвального помещения под углом 45^o к поверхности пола. Диаметр скважин составлял 59 мм, глубина скважин составляла 2 м. Было пробурено 824 скважины на расстоянии 0,5 м друг от друга. Скважины продували сжатым воздухом и заполняли тампонажным глиноцементным раствором до излива его из устья скважины. По истечении некоторого времени уровень раствора в скважинах понизился. Скважины выдерживали в течение одних суток и доливали до устья тампонажным раствором.

Производили бурение вертикальных скважин в пол подвального помещения. Бурение проводили по сетке 1х1м "пакетами" из три скважины. Диаметр скважин составлял 59 мм, глубина составляла 1,7 м. Осуществляли прокачивание воды в "пакете" через скважину, смежную с двумя другими скважинами, для промывки трещин в кирпичной кладке и размывки стяжки между телом фундамента и бетонным полом подвального помещения. Заполняли "пакеты" скважин тампонажным раствором через центральную скважину с последующей выдержкой в течение трех суток. Доливали скважины тампонажным раствором для образования бетонной изоляционной "подушки" между телом фундамента и полом. Всего через пол подвального помещения было установлено 1120 свай.

Бурение всех скважин осуществляли вращательным колонковым безнасосным методом. Инъектирование скважин тампонажным раствором, так же как и прокачивание воды, осуществляли через трубу-инъектор. Давление при нагнетании тампонажного раствора в скважины составляло величину 0,3-0,5 МПа.

Во время реконструкции здания возникла необходимость провести вскрытие пола с частичной выемкой фундамента в центральной башне здания. Поскольку вскрытие проводилось после бурения и инъектирования скважин, появилась возможность оценить распространение тампонажной смеси и прочность закрепленного грунта. Результаты оценки показали, что радиус распространения тампонажного раствора составил величину от 0,6 до 1 м, то есть установка свай по сетке 1х1м обеспечила полное взаимоперекрытие нагнетаемого в скважины раствора. Расчетная прочность на сжатие закрепленного грунта составила величину не менее 1,4 МПа, что является высоким показателем.

Формула изобретения

1. Способ усиления фундамента и основания существующего строительного сооружения путем постановки системы буроинъекионных свай, включающий бурение скважин с последующим заполнением их тампонажным раствором, при этом производят бурение ряда наклонных скважин, проходящих через фундамент сооружения с внутренней его стороны, а также бурение вертикальных скважин, расположенных с внешней стороны сооружения по его периметру, и вертикальных скважин, расположенных рядами по площади подвального помещения сооружения, причем бурение вертикальных скважин, расположенных по площади подвального помещения, производят по три скважины, а их заполнение тампонажным раствором осуществляют путем заливки его в скважину, являющуюся смежной с двумя другими пробуренными скважинами, которую производят до момента его изливания из их устьев.

2. Способ по п. 1, в котором осуществляют вращательное колонковое безнасосное бурение скважин.

3. Способ по п. 2, в котором частоту расхаживания R_p бурового снаряда выбирают, исходя из зависимости: R_p≥k_рф•(D_c-D_ск)/(2К₃•cosβ), где k_рф= 1,1 - 4,0 - коэффициент разрушенности, полученный эмпирическим путем и учитывающий степень разрушения разбуриваемого материала;
D_с - диаметр скважины, м;
D_ск - диаметр колонковой трубы, м;
К₃ - кольцевой зазор между керном и колонковой трубой, м;
β - угол наклона колонковой трубы к оси скважины, град.