Способ гидроизоляции эксплуатируемого подземного сооружения в обводненных грунтах

Авторы патента:

E02D3/12 - упрочнение грунта путем введения в грунт затвердевающих или порозаполняющих веществ (изготовление свай E02D 5/46; составы для упрочнения грунта под фундамент C09K 17/00)

E02D31/02 - от грунтовых вод

Владельцы патента RU 2757901:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева» (КузГТУ) (RU)

Изобретение относится к строительному производству, а именно к подземным способам гидроизоляции обделки эксплуатируемого подземного сооружения в обводненных грунтах. Способ гидроизоляции эксплуатируемого подземного сооружения в обводненных грунтах включает бурение из подземного сооружения (1) через его обделку (2) в обводненный грунт (4) скважин (3), нагнетание через скважины (3) в грунт (4) цементного раствора (5) под давлением с обеспечением его гидроразрыва (6) и нанесение на наружную поверхность обделки (8) подземного сооружения (1) гидроизоляционной оболочки (7), после нагнетания цементного раствора (5) в грунт (4) через скважины (3) между скважинами (3) из подземного сооружения (1) в обделку (2) устанавливают инъекционные трубки (9), в которые поочередно нагнетают цементно-силикатный раствор (10), создают под действием давления нагнетания раствора (10) на грунт (4) напротив инъекционной трубки (9) зародышевую щель (11) между наружной поверхностью обделки (8) и грунтом (4), производят гидрорасчленение зародышевой щели (11) по контакту поверхности обделки (8) с грунтом (4) и заполняют щель гидрорасчленения (12) цементно-силикатным раствором (10) до отказа в его поглощении. Изобретение развито в зависимом пункте формулы. Технический результат – предотвращение проникновения грунтовых вод в эксплуатируемое подземное сооружение. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к строительному производству, а именно к подземным способам гидроизоляции обделки эксплуатируемого подземного сооружения в обводненных грунтах.

Известен способ гидроизоляции эксплуатируемого подземного
сооружения неглубокого заложения в обводненных грунтах открытым способом, который включает выемку грунта с земной поверхности до подземного сооружения с обнажением его обделки, нанесение на наружную поверхность обделки гидроизоляционной оболочки и обратную засыпку котлована с подземным сооружением [РД 153-34.0-21.601-98. Типовая инструкция по эксплуатации производственных зданий и сооружений энергопредприятий. Часть II, Раздел 2, Технология ремонтов зданий и сооружений. 2020.- 94 с. (см. Приложение 7, п. 2. Ремонт гидроизоляции подземных сооружений при вскрытии поверхности, стр. 76)]. При этом в неустойчивых обводненных грунтах, подлежащий к выемке грунтовый массив, предварительно ограждают «Шпунтовой стеной» и, при необходимости, производят водопонижение уровня грунтовых вод в отгороженном грунтовом массиве [Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений: Учеб. пособие/под ред. Б.И. Далматова; 3-е изд.- М.: Изд-во АСВ, 2006.- 428с. (стр.273, пп. 12.5.2].

Недостаток данного способа заключается в высокой стоимости и трудоемкости работ по разработке и обратной засыпке грунта, ограждению грунтового массива и водопонижению, которые возрастают с увеличением глубины заложения подземного сооружения.

Кроме этого, данный способ невозможно реализовать при расположении над подземным сооружением подземных коммуникаций и капитальных строений на земной поверхности, а также при значительной глубине заложения подземного сооружения.

Известен способ уплотнения грунтов, который включает бурение через обделку сооружения в грунт скважин, помещение в них инъекторов и поочередное нагнетание через скважины в грунт цементного раствора под давлением с обеспечением его гидроразрыва. При этом после разрыва грунта цементным раствором, осуществляется обжатие грунта путем расширения трещин гидроразрыва за счет подачи цементного раствора, увеличение плотности и прочности грунта и, как следствие, его водонепроницаемости в пределах длины скважины [Способ укрепления грунта, RU 2439246 С1, 01.10.2012], [Способ уплотнения грунта и устройство для его осуществления, RU 2324788 С2, 20.05.2008].

Недостаток данного способа заключается в том, что нагнетание цементного раствора через скважины в обводненный грунт с обеспечением его гидроразрыва не позволяет полностью ликвидировать поровую водопроницаемость грунта, в результате после цементации обводненного грунта проникновение грунтовых вод в эксплуатируемое подземное сооружение через его обделку полностью не предотвращается.

Технический результат – предотвращение проникновения грунтовых вод в эксплуатируемое подземное сооружение через его обделку.

Указанный технический результат достигают тем, что в способе гидроизоляции эксплуатируемого подземного сооружения в обводненных грунтах, включающем бурение из подземного сооружения через его обделку в обводненный грунт скважин, помещение в них инъекторов, поочередное нагнетание через скважины в грунт цементного раствора под давлением с обеспечением его гидроразрыва и нанесение на наружную поверхность обделки подземного сооружения гидроизоляционной оболочки, согласно изобретению после нагнетания цементного раствора в грунт через скважины, между ними из подземного сооружения в обделку устанавливают инъекционные трубки, в которые поочередно нагнетают цементно-силикатный раствор, создают под действием давления нагнетания раствора на грунт напротив инъекционной трубки зародышевую щель между наружной поверхностью обделки и грунтом, производят гидрорасчленение зародышевой щели по контакту поверхности обделки с грунтом и заполняют щель гидрорасчленения цементно-силикатным раствором до отказа в его поглощении. При этом инъекционные трубки в обделку устанавливают вровень с её наружной поверхностью и внутренний диаметр инъекционных трубок принимают в интервале 102-152 мм.

После нагнетания через скважины в грунт цементного раствора с обеспечением его гидроразрыва, гидрорасчленения контакта между наружной поверхностью обделки подземного сооружения и грунтом и заполнения щелей гидрорасчленения цементно-силикатным раствором, вокруг подземного сооружения формируются две гидроизоляционные оболочки, верхняя из уплотненного цементацией грунтового массива с искусственно пониженной водопроницаемостью и нижняя из цементно-силикатного камня.

Изобретение поясняется чертежом, где показан принцип формирования гидроизоляционных оболочек вокруг обделки эксплуатируемого подземного сооружения в обводненных грунтах подземным способом.

Способ гидроизоляции эксплуатируемого подземного сооружения в обводненных грунтах осуществляют следующим образом.

Из подземного сооружения 1 через его обделку 2 (обычно монолитную или сборную железобетонную) бурят скважины 3 в грунт 4. Производят через скважины 3 нагнетание цементного раствора 5 в грунт 4 с его гидроразрывом. Цементный раствор 5, распространяясь от скважин 3 по трещинам гидроразрыва 6, обжимает обводненный грунт 4. В результате вокруг подземного сооружения 1 в пределах длины скважин 3 формируется гидроизоляционная оболочка 7 из уплотненного грунтового массива с искусственно пониженной водопроницаемостью.

После нагнетания цементного раствора 5 в обводненный грунт 4 между скважинами 3 из подземного сооружения 1 в обделку 2 вровень с её наружной поверхностью 8 устанавливают инъекционные трубки 9. Производят поочередное нагнетание цементно-силикатного раствора 10 в инъекционные трубки 9. При этом в процессе нагнетания, за счет давления раствора на грунт 4, напротив инъекционной трубки 9 создают зародышевую щель 11 между наружной поверхностью обделки 8 и грунтом 4, производят гидрорасчленение зародышевой щели 11 по контакту поверхности обделки 8 с грунтом 4 и заполняют щель гидрорасчленения 12 цементно-силикатным раствором 10 до отказа в его поглощении.

После нагнетания через скважины 3 в грунт 4 цементного раствора 5 с обеспечением его гидроразрыва 6, гидрорасчленения контакта между наружной поверхностью обделки 8 подземного сооружения 1 и грунтом 4 и заполнения щелей гидрорасчленения 12 цементно-силикатным раствором 10, вокруг подземного сооружения 1 формируются две гидроизоляционные оболочки, верхняя 7 из уплотненного цементацией грунтового массива с искусственно пониженной водопроницаемостью и нижняя 13 из цементно-силикатного камня.

Скважины 3 для нагнетания цементного раствора 5 бурят диаметром 42–72 мм. При этом вначале в обделке (обычно бетонной или железобетонной) пробуривают алмазной коронкой сквозное отверстие, а затем через него шнековым буром в грунте выбуривают скважину. Расстояние между скважинами принимают 2×2 м. Для нагнетания цементного раствора в устьевую часть скважины (в обделку) замоноличивают тампонажную трубку 14 (инъектор). В неустойчивых грунтах в обделку, вместо тампонажной трубки, устанавливают распорный инъектор с перфорированной нагнетательной трубой, которая размещается в скважине.

В скважины поочередно нагнетают стабильный цементный раствор с цементно-водным массовым соотношением Ц:В=1:0,5 до отказа в его поглощении. Конечное давление нагнетания цементного раствора в скважину Р_ск назначают с учетом объемного веса обводненного грунта ρ над подземным сооружением и глубины его заложения H из выражения: Р_ск = 1,5 ρ×H.

В случае прорыва цементного раствора на земную поверхность давление нагнетания раствора снижают.

Сквозные отверстия в обделке подземного сооружения под инъекционные трубки бурят алмазной коронкой (буром) с внутренним диаметром, равным 102–152 мм, поскольку при внутреннем диаметре трубок < 102 мм площадь контакта нагнетаемого цементно-силикатного раствора с грунтом в инъекционной трубке может оказаться недостаточной для образования зародышевой щели гидрорасчленения в грунте напротив инъекционной трубки, а при внутреннем диаметре трубок > 152 мм будет происходить ослабление несущей способности обделки подземного сооружения и возрастать стоимость установки в обделку инъекционных трубок.

В инъекционные трубки нагнетают цементно-силикатный раствор с цементно-водным массовым соотношением Ц:В=1:0,75 с добавкой силиката натрия (жидкого стекла) в количестве 5% от массы цемента до отказа в его поглощении. Конечное давление нагнетания цементно-силикатного раствора в инъекционную трубку Р_Т назначают с учетом объемного веса обводненного грунта ρ над подземным сооружением и глубины его заложения H из выражения: Р_Т = 2 ρ×H.

Следует отметить, что перед применением данного способа гидроизоляции подземного сооружения необходимо обязательно обследовать техническое состояние обделки подземного сооружения и рассчитать её остаточную несущую способность. Применять данный способ гидроизоляции можно в случае, когда остаточная несущая способность обделки эксплуатируемого подземного сооружения будет превышать суммарную нагрузку на нее от веса вышележащих обводненных грунтов и давления нагнетания цементно-силикатного раствора на обделку или после выполнения ремонтных работ по усилению обделки подземного сооружения.

1. Способ гидроизоляции эксплуатируемого подземного сооружения в обводненных грунтах, включающий бурение из подземного сооружения через его обделку в обводненный грунт скважин, нагнетание через скважины в грунт цементного раствора под давлением с обеспечением его гидроразрыва и нанесение на наружную поверхность обделки подземного сооружения гидроизоляционной оболочки, отличающийся тем, что после нагнетания цементного раствора в грунт через скважины между ними из подземного сооружения в обделку устанавливают инъекционные трубки, в которые поочередно нагнетают цементно-силикатный раствор, создают под действием давления нагнетания раствора на грунт напротив инъекционной трубки зародышевую щель между наружной поверхностью обделки и грунтом, производят гидрорасчленение зародышевой щели по контакту поверхности обделки с грунтом и заполняют щель гидрорасчленения цементно-силикатным раствором до отказа в его поглощении.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что инъекционные трубки в обделку устанавливают вровень с её наружной поверхностью и внутренний диаметр инъекционных трубок принимают в интервале 102-152 мм.

Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано для создания функциональных слоев земляного полотна путем комплексного укрепления местных грунтов при строительстве автомобильных и железных дорог. Технический результат - повышение физико-механических характеристик композиции для устройства функциональных слоев земляного полотна.

Модификатор "граундслаг" для шлако-грунтовых смесей, стабилизированное и укрепленное дорожное основание и способ его получения // 2756751

Группа изобретений относится к дорожному строительству и может быть использовано для стабилизации грунтов при создании оснований для различных плоскостных и линейных объектов: верхние и нижние слои оснований дорожных одежд капитального типа, покрытия и основания облегченного и переходного типа, морозозащитные слои дорожных одежд, верхние части рабочего слоя земляного полотна автомобильных дорог, железные и грунтовые дороги.

Способ защиты грунтов от эрозии // 2754141

Изобретение относится к области строительства, а именно для укрепления и защиты грунтов в поверхностной части насыпных сооружений для восстановления или увеличения их прочности. Способ защиты грунтов от эрозии, включающий пропитку грунта водным раствором поливинилового спирта с последующим перемешиванием пропитанного криогелем грунта при помощи средств механизации.

Буровой инъектор для цементации скального грунта и способ цементации скального грунта при помощи этого инъектора // 2753303

Группа изобретений относится к строительству, а именно к упрочнению скального грунта путем инъекции в скальный грунт затвердевающего водно-цементного раствора с использованием операции бурения скважины, технологически совмещенной с операцией инъекции. Буровой инъектор для цементации скального грунта содержит подающую трубу, нижний конец которой выполнен с выпускным отверстием для подачи водно-цементного раствора в зону цементации, и защитную трубу, на нижнем конце которой установлен буровой наконечник, а верхний конец выполнен открытым, и раздуваемый рукав с манжетами на концах, при помощи которых рукав установлен на подающей трубе так, что часть этой трубы находится внутри рукава с образованием соответствующего кольцевого пространства, в области которого в боковой стенке подающей трубы выполнены сквозные отверстия, предназначенные для подачи водно-цементного раствора в указанное кольцевое пространство для формирования в этом пространстве пакера в процессе цементации скального грунта, при этом подающая труба вместе с указанным рукавом расположена внутри защитной трубы и соединена своим нижним концом с нижним концом защитной трубы при помощи разъемного соединения, способного передавать вращательный момент от подающей трубы к буровому наконечнику.

Способ усиления земляного полотна железнодорожного пути в зоне примыкания к искусственному сооружению // 2752888

Изобретение относится к усилению железнодорожного земляного полотна на участках в зоне примыкания к искусственным сооружениям и может найти применение на строящихся участках железнодорожных магистралей, а также при неотложных и планово-предупредительных работах на эксплуатируемых участках пути. Способ усиления земляного полотна железнодорожного пути в зоне примыкания к искусственному сооружению включает нагнетание твердеющего раствора с двух сторон земляного полотна под наклоном к горизонтальной плоскости с образованием упрочняющей опорной системы, предварительно осуществляют нагнетание твердеющего раствора посредством погружения инъекторов по контуру габарита приближения строения вертикально, а нагнетание твердеющего раствора под наклоном производится инъекторами, погружаемыми вне зоны габарита приближения строения, с постепенной проработкой грунтов земляного полотна до глубины: hi=z ⋅ (1-li/L), где: z – мощность рабочей зоны земляного полотна; li – расстояние до искусственного сооружения; L – длина переходного участка, а мощность рабочей зоны земляного полотна определяют по формуле: , где: σ0-р – напряжения на основной площадке в подрельсовом сечении на глубине h0 от подошвы шпалы; σi-р – напряжения в земляном полотне на глубине hi от подошвы шпалы; λр – коэффициент затухания, зависящий от скорости подвижного состава.

Инъекционный бентонитовый состав для гидроизоляции и укрепления природного грунта // 2746327

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности, к изоляции грунтовых вод и природного грунта, локализованных под заглубленными и подземными объектами хранения, и захоронения отходов различного класса (бассейнами, амбарами, хранилищами, резервуарами, емкостями, бункерами, зданиями и сооружениями) от попадания загрязняющих веществ.

Полимерный стабилизатор грунта, применяемый для укрепления и стабилизации грунтов при промышленном и гражданском строительстве, и полимерцементогрунтовая смесь // 2745437

Группа изобретений относится к дорожному строительству, а именно к укреплению несущего слоя грунта при строительстве оснований дорог, зданий, тротуарных дорожек, пригодно для использования на песчаных, супесчаных и глинистых грунтах в комбинации с другими материалами, например асфальтовым гранулятом, а также без него.

Способ приготовления инъекционной смеси для цементационного закрепления грунтов и способ её введения в грунт // 2743651

Заявленная группа изобретений относится к строительству. В связи с интенсивным освоением подземного пространства в условиях плотной городской застройки в сложных гидрогеологических и горно-геологических условиях чрезвычайно актуальной становится проблема ликвидации активных водопроявлений как на стадии строительства, так и при эксплуатации подземных сооружений, и решается способом приготовления инъекционной смеси для цементационного закрепления грунтов, включающий приготовление водного раствора фосфата натрия, путем добавления в воду фосфата натрия в количестве 2…4% массовой доли, затем при непрерывном перемешивании в течение 120…150 сек приготавливают цементную смесь, путем введения в указанный водный раствор фосфата натрия портландцемента в количестве 50…60% массовой доли от массы получившегося водного раствора фосфата натрия, а затем при непрерывном перемешивании в течение 120…150 сек в приготовленную цементную смесь вводят водный раствор силиката натрия в количестве 6% от массовой доли получившейся цементной смеси.

Способ укрепления грунта и состав для укрепления грунта // 2736013

Группа изобретений относится к промышленному и гражданскому строительству, а именно к укреплению грунта цементацией с введением в цементно-песчаный раствор полимерного состава для укрепления, состоящего из органических и неорганических веществ. Состав для укрепления грунта представляет собой водный раствор, при следующем соотношении компонентов, мас.%: дисперсия акриловая 5 - 30, глицерин 2 - 5, битум нефтяной 0,01 - 0,5, полифосфат натрия 0,01 - 0,5, кальций хлористый 10 - 40, борная кислота 0,01 - 1, силикат натрия 2 - 10, вода до 100%.

Сухая строительная смесь для укрепления и стабилизации грунта // 2734749

Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано для укрепления и стабилизации грунтов при создании грунтовых автомобильных дорог, при регенерации нижних (1-4 категории дорог) и верхних слоев (5-категория) асфальтобетона при реконструкциях и ремонтах дорожных одежд в ходе холодной регенерации и укрепления слоев, выполняемых из асфальтогранулята, щебня или песчано-гравийных смесей.

Устройство для водоотведения // 2754689

Изобретение относится к строительству, в частности к мостостроению и строительству автомобильных дорог, и может быть использовано для отведения воды из конструкции дорожной одежды и с поверхности проезжей части дорог, мостовых сооружений, взлетных полос, эстакад, путепроводов, тоннелей и других подобных сооружений.