способ восстановления фундаментов

Формула изобретения

Способ восстановления фундаментов, включающий выполнение через фундамент буроинъекционных скважин с последующим заполнением их цементирующим раствором, отличающийся тем, что бурение скважин ведут вначале без выхода из тела фундамента с последующим порционным закачиванием цементирующего раствора короткими нисходящими заходками, омоноличивающего тело фундамента, после чего через образованный цементный камень бурят скважины с выходом в грунт и создают второй защитный слой порционным нагнетанием цементирующего раствора с невысокими значениями вязкости с регулированием объема нагнетания, давления и концентрации растворов путем их загущения, уплотняя при этом грунт в зоне контакта фундамент - грунт.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства и в частности к восстановлению фундаментов при реконструкции зданий и сооружений.

Практически все здания и сооружения, фундаменты которых выполнены из камня на известковом растворе и подобных ему составляющих, со временем разрушаются, поскольку известковый раствор в кладке фундаментов подвергается замачиванию, выносу грунтовыми водами, выщелачиванию.

Наиболее часто разрушение зданий происходит в результате неправильной эксплуатации водонесущих коммуникаций, нарушения вертикальной и горизонтальной гидроизоляции, что приводит к развитию неравномерных осадков зданий и, как следствие, развитию трещин в стенах и их деформации.

Особенно данная проблема актуальна для памятников архитектуры, срок службы которых превысил нормативный (более 100-120 лет). В процессе ведущейся многолетней реставрационной деятельности архитектурных памятников чаще всего обращается внимание на восстановление внешнего и внутреннего облика исторического здания, тогда как негативные воздействия, формирующиеся в конструкциях и материале, продолжают самым негативным разрушительным образом сказываться на его физической сохранности. В результате неуклонно повышается степень физического износа сооружения, что приводит к его потере.

Известен способ закрепления оснований фундамента, согласно которому вдоль укрепляемой конструкции здания выкапывают траншеи, затем в основании пневмопробойником прокладывают скважины, изогнутые подобно расчетным линиям одинаковых горизонтальных напряжений, которые заполняют цементным раствором и соединяют на концах перемычкой (авт. св. СССР 1671778, E 02 D 27/08, 1988).

Недостатком данного способа является невозможность его применения в грунтах, где происходит оплывание или осыпание стенок прокладываемых скважин.

Известен способ упрочнения горных пород путем двукратного нагнетания нестабильного цементного раствора в скважины, расположенные по периметру, до момента его излива в выработку (патент России 2112881, E 21 D 17/16, 1998 г. ).

Недостатком данного способа является невозможность избежать растекания нестабильного цементного раствора по естественным обнаженным полостям, вскрытых скважиной, и качественно прокачать скважину на всю ее длину.

Известен способ усиления фундаментов буро-инъекционными сваями, в том числе с уплотненным забоем (патент России 2018675, Е 21 D 1/16, 1994, П.В. Шишкин. "НПП "Фундамент - Стройпроект". Фундамент - наша профессия", журнал "Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века", 2 (25), 2001 г. , стр. 28).

Данный метод применим при наличии ненарушенных фундаментов, т.е. предусматривает образование жесткой системы буро-инъекционная свая - фундамент - грунт.

Для обеспечения такой системы необходимо создать цементационную подушку вокруг кондукторов скважин, что по техническим причинам сложно, т.к. ее можно получить лишь путем многократного нагнетания растворов и увеличении давления нагнетания до 5-10 кг/см², что труднодостижимо, т.к. прорывы раствора на поверхность неизбежны. В то же время разовое заполнение скважин раствором при уже установленном армирующем каркасе, имеющимся в фундаменте, исключает какие-либо последующие действия (повторное нагнетание и пр.)

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ реконструкции зданий, сооружений путем выполнения через фундамент буро-инъекционных свай, расположенных в шахматном порядке по его обе стороны и образующих под подошвой фундамента вертикальные шлицевые прорези, которые затем заполняются цементным фиброармированным раствором с последующим гидроразмывом грунта в пространстве между шлицевыми прорезями и заполнением образовавшихся пустот цементным фиброармированным раствором с гидрофобными добавками (патент России 20655001, Е 02 D 35/00, 1996 г.).

Недостатком указанного способа является его трудоемкость и небезопасность для несущих конструкций при восприятии буро-инъекционными сваями нагрузки от фундамента, поскольку велика вероятность образования неравномерных осадков существующего фундамента, значительно превышающих допустимые для данного здания нагрузки.

Основная задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в усилении фундаментов существующих зданий без их вскрытия с применением "щадящих" технологий, обеспечивающих минимальное негативное влияние на здание самого процесса восстановления фундамента.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе восстановления фундаментов, включающем выполнение через фундамент буро-инъекционных скважин с последующим заполнением их цементирующим раствором, согласно изобретению бурение скважин ведут вначале без выхода из тела фундамента с последующим порционным закачиванием цементирующего раствора короткими нисходящими заходками, омоноличивающего тело фундамента, после чего через образованный цементный камень бурят скважины с выходом в грунт и создают второй защитный слой порционным нагнетанием цементирующего раствора с невысокими значениями вязкости с регулированием объема нагнетания, давления и концентрации растворов путем их загущения, уплотняя при этом грунт в зоне контакта фундамент - грунт.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 показана схема цементации тела фундамента с последующей силикатизацией его основания;

на фиг. 2 - разрез по А-А усиленного фундамента.

Способ осуществляется следующим образом.

Способ восстановления фундаментов включает выполнение через фундамент буроинъекционных скважин 1, 2, 3, 4 с последующим заполнением их цементирующим раствором. Бурение скважин 1, 2, 3, 4 ведут вначале без выхода из тела фундамента с последующим порционным закачиванием цементирующего раствора короткими нисходящими заходками, омоноличивающего тело фундамента. После этого через образованный цементный камень 5 бурят скважины 6, 7 с выходом в грунт и создают второй защитный слой 8 порционным нагнетанием цементирующего раствора с невысокими значениями вязкости с регулированием объема нагнетания, давления и концентрации растворов путем их загущения, уплотняя при этом грунт в зоне контакта фундамент - грунт.

Порядок обработки скважин, глубина заходки определяется в зависимости от конкретных горно-геологических условий - трещиноватость, пористость, коэффициент фильтрации, наличие подземных вод.

Инъекцию фунтов ведут в основном в две стадии. На первой стадии обработка фунтов ведется цементными, цементно-силикатными, цементно-силикатно-хлоркальциевыми растворами, заполняющими крупные трещины, поры, пустоты. При этом сложные растворы с добавками ускорения схватывания применяются, как правило, для ограничения радиуса распространения раствора. Основным же раствором на этой стадии является цементный раствор с различным (по известной технологии) водоцементным отношением.

На второй стадии используются растворы, обладающие невысокими значениями вязкости и более высокой проникающей способностью. Вторая стадия (химическое укрепление) имеет целью закрепить фунт с низкими фильтрационными свойствами (пески, супеси и т.п.) или уменьшить фильтрационные свойства.

Комплекс приготовления и нагнетания растворов по данному способу позволяет вести нагнетание при одновременном ступенчатом изменении концентрации раствора в большую или меньшую сторону при постоянном контроле расхода и давления на устье скважины.

Нагнетание раствора осуществляется порционно с загущением концентрации от низшей к высшей до достижения проектного давления.

Для бурения скважин по данному методу могут быть использованы станки отечественного производства, обладающие мобильностью, небольшими весом и габаритами, с возможностью бурения вращательным или ударно-вращательным способом и промывкой (продувкой) скважин диаметром 42-80 мм.

Поскольку цементные растворы и растворы на их основе не могут из-за своих физических особенностей смешиваться с грунтом, состоящим из достаточно мелких частиц (супеси, пылеватые пески, пески, суглинки, глины и им подобные), то при порционном нагнетании раствора в зажимной зоне происходит консолидационное уплотнение грунтов по контакту фундамент-грунт с заполнением всех пустот и трещин. При этом скважина, пробуравленная через цементный камень, является как бы проводником, через который раствор под определенным давлением заполняет контакт грунт-фундамент, уплотняя грунт и образуя защитный слой. Таким образом, решается наиболее сложная задача: укрепление контакта грунт-фундамент, поскольку вмещающий грунт имеет малую фильтрационную способность.

Обволакивание фундамента на первом этапе цементным раствором одновременно решает задачи горизонтальной и вертикальной гидроизоляции фундаментов и кладки, поскольку цементный камень и прослойки из цементного камня не гигроскопичны, влагопоглощение их равно нулю. Цементный камень создает своеобразный армирующий каркас, значительно повышая несущую способность фундамента и его водопроницаемость.

При определенных навыках работы с растворами, нагнетаемыми в скважины, операции по установке и омоноличиванию кондуктора и бурение скважин через кондуктор на первую заходку с нагнетанием высококонцентрированных растворов могут быть совмещены.

Несмотря на то, что цементация малыми заходками является трудоемким процессом, ее преимущества - небольшой расход цементного раствора, связанный с низкими давлениями нагнетания, простота контроля за процессом цементации, обеспечение качественного заполнения пустот и трещин благодаря более равномерной цементации фундамента эту трудоемкость нивелируют.

По предлагаемому способу были восстановлены разрушенные фундаменты из бутового камня, боя бутового камня и кирпича двух зданий г. Казани (здание по ул. Чернышевского 8 и здание кинотеатра "Спутник"). В порядке авторского надзора по окончании процесса цементации фундаментов этих зданий были вскрыты контрольные шурфы. По результатам их осмотра комиссией с приглашением специалистов вневедомственной экспертизы, геологов, специалистов институтов "Казаньприборпроект" и "ГипроВТИ" установлено, что тело фундамента полностью пропитано цементным раствором, просадочные свойства ликвидированы, вокруг тела фундамента создан каркас из цементного камня марки 480 (контрольный отбор проб цементного камня бурением кольцевой коронкой D 46 мм был исследован в стройлаборатории).