Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Решение комплексных проблем по разработке метода контроля качества производства работ по усилению грунтов основания

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
08.09.2026
Размер:
2 Мб
Скачать
☆
31
Цементация грунтов
Согласно разделу 16 СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений под цементацией понимают нагнетание цементного раствора в поры грунта обычно с Кф > 100 м/сут., с целью его уплотнения и скрепления минеральных частиц (отдельных блоков).
Для грунтов с Кф=50…100 м/сут. (средние и крупные пески) рекомендуется для повышения активности цемента проводить его измельчение до величины удельной поверхности в 6000…8000 см2/г.
Для закрепления песков с Кф = 30…50 м/сут. рекомендуется для повышения активности цемента проводить его измельчение до величины удельной поверхности в 8000…10000 см2/г, с применением добавки жирных глин.
Цементационный раствор посредством перфорированного инъектора подается в грунт под давлением до 0.2…0.4 мПа. Используется, как правило, закрепляющий раствор, имеющий состав:
цемент + вода (1:5) («цементное молоко»); цемент + вода + песок (1:5:1).
Трещиноватые скальные грунты можно цементировать только при ширине трещин в них более 0.1 мм.
Для цементации применяют цементные или цементно-песчаные растворы состава от 1:1 до 1:3. Раствор нагнетают под давлением 0.3-1 МПа растворонасосами или пневмонагнетателями через предварительно заглубленные трубки-инъекторы диаметром 33-60 мм, имеющие в нижней части отверстия диаметром 4-6 мм. Радиус действия инъекторов ориентировочно принимают для трещиноватых скальных грунтов 1,2-1,5 м, для
крупнообломочных грунтов  0,75-1 м, для крупных песков  0,5-0,75 м, для песков средней крупности 0,3-0,5 м.
Расход раствора составляет 20-40% объема закрепляемого грунта. Упрочнение грунта наступает после схватывания цемента. Закрепленный
32
песчаный грунт вблизи инъектора на 28-е сутки имеет предел прочности на сжатие 2-3 МПа. С изменением радиуса закрепления от 0,4 до 1,2 м предел прочности на сжатие зацементированного песка в крайних слоях меняется от 2 до 0,9 МПа.
Область применения. Применяется для укрепления оснований сооружений, создания противофильтрационных завес, придания водонепроницаемости породам при проходке горных выработок (шахты, тоннели), повышения монолитности и водонепроницаемости каменной и бетонной кладки.
Для дисперсных грунтов цементация заключается в приготовлении (перемешиванием) искусственной смеси из предварительно измельченного грунта, вяжущего мелиоранта (цемент или известковое вяжущее) и воды, и распределении ее по проектному профилю с последующим уплотнением, укаткой и уходом за готовым слоем с учетом назначения искусственного грунта. В качестве активных добавок, регулирующих процессы твердения и свойства искусственного грунта, используют отходы промышленности (золы­уноса, золошлаки, шлаки, шламы, лигнин и др.) и химические реагенты (жидкое стекло, хлориды, сульфаты и гидроксиды металлов, кислоты). Содержание основного вяжущего в зависимости типа грунта составляет: 2-12 % (для извести) и 4-16 % (для цемента). Применяется для осушения грунтов на строительных площадках; усиления оснований дорожных и аэродромных покрытий; предотвращения суффозии в ядрах земляных плотин; противоэрозионного укрепления пологих склонов и откосов; облицовки резервуаров и каналов; при возведении земляных сооружений; защиты от промерзания и армирования несущих слоев; снижения усадки и набухания и повышения несущей способности грунтов оснований.
Существует местный опыт использования метода цементации для закрепления глинистых грунтов ТСН-50-306-2005. В данном случае закрепление грунтов достигается путем нагнетания под давлением цементных
33
растворов в предварительно пробуренные скважины или стальные инъекторы. При нагнетании цементного раствора в массиве грунта происходит гидроразрыв с образованием полости, которая заполняется крепящим раствором. После твердения цементного вяжущего образуется элемент повышенной прочности, армирующий массив грунта и повышающий его прочностные характеристики и снижающие его деформативность.
Существует два основных способа нагнетания цементного раствора под давлением: в одиночные скважины или инъекторы с образованием гидроразрывов со случайным направлением и через направленные гидроразрывы. Направленный гидроразрыв организуют двумя способами: 1) в одиночной скважине нарезается концентратор напряжения на стенке скважины в пределах зоны инъецирования, при повышении давления крепящего раствора в скважине происходит гидроразрыв в направлении концентратора напряжений; 2) нагнетание закрепляющего раствора производят одновременно в две рядом расположенные скважины, а гидроразрыв происходит при достижении критического давления в плоскости скважин.
Метод «Геокомпозит»
Метод «Геокомпозит» - это новый вид оснований, получаемых с помощью системы методов обработки и усиления слабых грунтов. Метод основан на инъекционном уплотнении грунтов путем нагнетания по специальной технологии цементного раствора при давлении, значительно превышающем нагрузку на грунт от сооружения.
Отличие данного метода от цементации грунта состоит в том, что происходит гидроразрыв грунтового массива с образованием жестких «линз» из цементного раствора и уплотнение слабого грунта основания.
В основу метода положены работы Уральского института «ПромстройНИИ-проект». В современном виде метод разработан в институте Геологии РАН под руководством академика В.И. Осипова и запатентован. После укрепления грунтов методом «Геокомпозит» застывший цементный раствор
34
образует армирующий каркас, напоминающий корни дерева, «стволом» которого является погруженный в грунт стальной инъектор (с застывшим в инъекторе цементным раствором). При этом происходит дополнительное улучшение механических характеристик вмещающего грунтового массива.
Экономические и технологические преимущества метода:
уплотняющий раствор при нагнетании под давлением обладает высокой
избирательной способностью, что приводит к усилению наиболее слабых зон грунтового массива и повышению его несущей способности и жесткости при минимальных затратах;
низкая себестоимость проведения технологических работ при высокой
мобильности и эффективности;
использование инертных материалов, обеспечивающих экологическую
чистоту метода;
отсутствие тяжелого оборудования, вызывающего динамические нагрузки на
грунты основания и на сооружение;
возможность использования легкого современного оборудования внутри
помещений аварийных и реконструируемых зданий и сооружений, что позволяет проводить усиление оснований практически в любых помещениях без нарушения их состояния и целостности.
Описание технологии
В пробуренные скважины устанавливаются трубы-инъекторы, через которые жидкий раствор нагнетается под давлением до 30 атмосфер. В результате происходит гидроразрыв более слабых масс грунта с образованием жестких «линз» из цементного раствора и уплотнение грунта основания который показан на рис. 2.7.
35
Рис. 2.7
Проектирование
По объемно-планировочной схеме проекта устанавливаются параметры усиления грунтов массива: количество точек, расстояние между ними, глубина инъектирования и объемы нагнетания в зависимости от цели работ и физико­механических свойств массива грунта. Основания зданий и сооружений, усиливаемые методом "Геокомпозит", рассчитываются в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений, пособия по проектированию оснований зданий и сооружений (к СниП 2.02.01-83) и других нормативных документов. В расчетах учитываются фактические изменения физико-механических свойств грунтов снования, усиленных методом "Геокомпозит".
Последовательность выполнения работ для нового строительства:
1. Вскрытие котлована и устройство бетонной подготовки толщиной,
заданной по проекту.
2. Бурение лидирующих скважин и погружение инъектора.
3. Монтаж железобетонной фундаментной плиты.
4. Возведение 3-4 этажей здания.
5. Инъекционные работы по усилению грунтов.
36
6. После завершения инъекционных работ осуществляется контроль качества
выполненного усиления грунтов.
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТЕЙ СОСТОЯНИЯ
ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ И МЕТОДОВ ПРОИЗВОДСТВА
РАБОТ ПО УСИЛЕНИЮ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ
3.1. Анализ технологий ведения мониторинга состояния
геологической среды
Анализ геологической среды в проекте по повышению эксплуатационной надежности (реконструкции) здания начинается с обследования технического состояния зданий и их оснований, фундаментов и подземных сооружений, который проводят с целью установления категории их состояния и степени износа, деформаций или других воздействий на существующие здания и сооружения от влияния вблизи них нового строительства или реконструкции, а также для мероприятий по усилению их конструкций, усилению грунтов оснований и усиления фундаментов.
Методы производства работ по усилению грунтов основания закладываются в проекте, решения которых зависят от обследования технического состояния здания, инженерно-геологических изысканий, обследование оснований и фундаментов зданий, на основании которых формируется техническое задание на проект по усилению грунтов основания.
Обследования технического состояния здания включает в себя следующие виды работ:
ознакомление с проектно-технической документацией; изучение архивных материалов по планировке застройки, предшествующих
обследований о состоянии грунтов и конструкций здания, составление программы обследования оснований и фундаментов, частей и элементов заглубленных и подземных сооружений;
визуальное (общее) обследование конструкций здания;
37
детальное (техническое) обследование фундаментов зданий, конструкций
подземных сооружений и изучение грунтов основания;
определение прочности и трещиностойкости конструкций фундаментов с
проведением соответствующих испытаний и расчетов;
оценка технического состояния конструкций фундаментов по результатам
обследования.
По результатам обследования составляется технический отчет или техническое заключение.
Инженерно-геологических изысканий проводятся после обследования и осмотра существующих зданий, расположенных рядом с новым (реконструируемым), с целью визуальной оценки состояния несущих конструкций зданий (как снаружи, так и внутри) и уточнения требований к изысканиям, которые излагаются в техническом задании.
Инженерно-геологические изыскания для проектирования новых и реконструируемых зданий должны обеспечить получение данных об инженерно­геологических условиях площадки строительства и прогнозируемых изменениях. На этом этапе ведется сбор и анализ архивных материалов изысканий он должен выполняться не только для площадки строительства (реконструкции) здания, но и рядом существующих. В условиях существующей застройки особое внимание уделяется выявлению существующих и заброшенных подземных сооружений и инженерных сетей.
Обследование грунтов оснований в общем случае включает в себя следующий комплекс работ:
проходку шурфов, преимущественно вблизи фундаментов; бурение скважин с отбором образцов грунта и воды, с определением уровня
подземных вод;
зондирование грунтов; испытание грунтов штампами или прессиометрами (статическими
нагрузками);
38
исследования грунтов геофизическими методами; лабораторные исследования физико-механических свойств грунтов и
химический анализ подземных вод;
камеральную обработку материалов; составление технического отчета, включающего в себя заключение об
изменении инженерно-геологических условий с момента предыдущих изысканий.
Обследование оснований и фундаментов зданий производится специализированной организацией, имеющей лицензию на проведение данных работ.
Проведению обследования оснований и фундаментов зданий должен предшествовать анализ:
- результатов визуальной оценки состояния надземных конструкций здания;
- проектной документации здания, материалов, типа фундаментов, их
размеров и глубин заложения, нагрузок (постоянных и временных) на фундаменты;
- материалов предшествующих обследований оснований и фундаментов;
- результатов инженерно-геодезических наблюдений за перемещениями
фундаментов;
- материалов инженерно-геологических изысканий, выполненных в
предшествующие годы;
- инженерных мероприятий, проводившихся в пределах площадки или
вблизи нее.
На начальном этапе в проекте очень важно провести анализ гидрогеологических условий предыдущих лет для выявления различия с полученными данными инженерно-геологической и гидрогеологической обстановкой и свойств грунтов, обоснования причин деформаций и повреждений зданий и разработки дальнейших прогнозов и учета их при выборе способов усиления фундаментов или усиления основания здания. Анализ архивных
39
материалов в г. Ростове-на-Дону может быть получен с использованием данных мониторинга состояния геологической среды города.
3.2. Мониторинг состояния геологической среды территории города
Геологическая среда является динамичной системой, изменяющейся не только в геологическом масштабе времени, но и в реальном времени существования объектов города. Изменения в геологической среде могут привести к нарушению устойчивости сооружений или сокращению (по сравнению с проектным) времени их безопасного функционирования. Поэтому проектирование сооружений необходимо вести с учетом возможных изменений геологической среды. Прогнозирование изменений геологической среды необходимо осуществлять на основе ее комплексного мониторинга.
Результаты наблюдений должны поступать в централизованный пункт сбора информации, где оперативно обрабатываться с помощью компьютеров по специально разработанным программам. Важно, чтобы интерпретация полученной информации носила комплексный характер и включала бы в себе сопоставление данных наблюдений за геологической средой с состоянием зданий и сооружений. На основе постоянно пополняющейся информации должны составляться банки данных и ряды наблюдений, которые будут анализироваться в соответствии с поставленными целями и задачами. При наличии постоянно действующих моделей, контролирующих поведение того или иного участка территории города, было бы целесообразно проводить работу по их совершенствованию на основе вновь поступающих данных.
Данные мониторинга являются основой для принятия управленческих решений органов местного самоуправления. По своему назначению эти решения могут быть трех типов: а) регулирующие хозяйственное освоение территории города; б) направленные на проведение превентивных мероприятий; в) решения чрезвычайного характера. Решения, регулирующие хозяйственное освоение, вырабатываются на основе (инженерно­геологического районирования), полученных рядов наблюдений и
40
долгосрочных прогнозов изменений геологической среды, а также имеющегося хозяйственного опыта. Они заключаются в утверждении нормативных документов и директив, направленных на соблюдение основных принципов и правил ведения хозяйственного освоения территорий. Эти документы содержат определенные требования к архитектурному зонированию и архитектурно­планировочным решениям, типу фундаментов, конструкциям сооружений, устройству заглубленных частей зданий и сооружений, устройству подземных сооружений и коммуникаций и т.д.
Часто, в дополнение к существующим регулирующим документам, принимаются специальные решения по превентивным мероприятиям, предусматривающим дополнительное инвестирование на специальные меры по повышению устойчивости территорий и надежности возводимых на них сооружений. Важным компонентом превентивных управленческих решений является разработка регламента откачки подземных вод на территории города и отдельных его районов, сброса технологических вод в глубокие горизонты геологической среды, осуществления крупных подземных взрывов вблизи города. Решения чрезвычайного характера принимаются на основе краткосрочных прогнозов и оперативной информации о предвестниках опасных явлений, т.е. в условиях, когда отсутствует время для осуществления превентивных мер. Такие решения включают в себя срочное оповещение населения города о предстоящем событии, экстренные меры по перемещению (переселению) людей, безопасного их укрытия и мобилизацию специальных подразделений (в том числе армейских) на ликвидацию последствий чрезвычайной ситуации. Принятие управленческих решений является конечной стадией всей цепочки исследований, наблюдений, прогнозов, проводящихся на территории города. Решения администрации города логически завершают эти работы. В то же время управленческие решения, не опирающиеся на творчество ученых, архитекторов, инженеров, могут приводить к необоснованным инвестиционным затратам и не достигать своей цели.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]