При реконструкции различных сооружений и строительстве новых объектов часто возникает проблема слабого грунта, который не удерживает нагрузку по ряду причин.
Необходимость в упрочнении грунта чаще всего возникает в следующих случаях:
• при увеличении нагрузки на фундамент;
• для откосов, создаваемых при строительном либо природном изменении ландшафта;
• имеются сейсмические нагрузки,
• при реализации строительства на супесчаных и песчаных территориях;
• в случае возрастания риска деформации строения;
• при появлении пустот в грунте;
• при проведении работ в скальной среде;
• произошла просадка грунта;
• уровень грунтовых вод повысился;
• почва промерзла;
• инженерные системы утратили герметичность.
Работы по укреплению грунтов проводятся способом, аналогичным выполнению гидроизоляции конструкции методом инъектирования.
Установка инъекторов осуществляется изнутри подвала или с наружных поверхностей. Через них в грунт нагнетают специальные смеси под давлением аппаратом МАРС-1С (2С) или шнековым насосом Герон. В результате трещины и пустоты заполняются, восстанавливается их прочность и происходит увеличение опорной площади.
С технической документацией на проведение данных видов работ можно ознакомиться в разделе Документация.
В зависимости от состава нагнетаемой смеси различают следующие способы усиления грунтов под фундаментом.
1. Цементация применяется для закрепления грунтов просадочного типа, водопроницаемых, трещиноватых скальных пород, лессов, крупного песка.
Инъецирование грунтов производится микроцементом или раствора на основе портландцемента ПЦ 500-Д0 с водоцементным соотношением по массе равным 0,6 и добавлением 1 % жидкого стекла или пластификатора. В результате цементации раствор под давлением заполняет поры грунта, образуя новое, высокопрочное основание.
Способ цементации применим для закрепления грунтов, размеры пор которых обеспечивают свободное проникание частиц цемента. Наибольший эффект получается при цементации крупнообломочных грунтов, крупных и средней крупности песков с коэффициентом фильтрации от 80 до 200 м/сут. Цементация трудноосуществима в мелких песках и совсем непригодна для укрепления илистых, супесчаных, суглинистых и глинистых грунтов. Трещиноватые скальные грунты можно цементировать только при ширине трещин в них более 0,1 мм.
Раствор нагнетают согласно проектному значению (под давлением 0,3—1 МПа) насосом через предварительно заглубленные трубки-инъекторы, имеющие в нижней части отверстия.
Радиус действия инъекторов ориентировочно принимают:
для трещиноватых скальных грунтов 1,2 м.,
для крупнообломочных грунтов 0,75 м.,
для крупных песков 0,5м.,
для песков средней крупности 0,3 м.
Скважина должна проходить через фундамент насквозь, с заглублением ниже подошвы на 0,5 метра. Таким образом, все пустоты под подошвой будут заполнены раствором, что увеличит несущую способность фундамента и увеличит общую площадь подошвы.
Расход инъектируемого раствора может составлять до 40 % объема закрепляемого грунта.
Сначала замешивается тощий (очень жидкий) раствор с соотношением вода/цемент 1-2. Раствор необходимо закачивать в скважину с минимальным давлением 0,3 МПа (можно больше, но не меньше), подача происходит, пока впитывание раствора не замедлится приблизительно в 2 раза (до 3 л/мин.) Последующие порции цементного раствора делают гуще – с соотношением вода/цемент 0,4-0,6 (в соответствии с проектным значением).
Нагнетание раствора надлежит производить до «отказа».
За «отказ» следует принимать:
- поглощение скважиной (инъектором) расчетного количества инъекционного раствора при давлении нагнетания, не превышающем проектное;
- снижение расхода инъекционной суспензии до 0,5…1,0 л/мин на инъектор с одновременным повышением давления нагнетания выше проектного, если величина расхода при «отказе» особо не оговорена в проекте;
- интенсивность инъекции (не превышая максимальное давление инъекции) не позволяет выработать проектный объем раствора в инъектор в течение времени годности раствора.
При достижении «отказа» инъекция прекращается и оставшийся объем раствора добавляется к объему инъекции соседнего инъектора.
В случае разрыва грунта (падение давления до значений близких к нулю или выход суспензии на поверхность) следует прекратить инъекцию на 10-15 мин и возобновить ее с минимальной интенсивностью. Если разрывы грунта продолжаются – зафиксировать отказ инъекции.
Для недопущения появления осадка микроцементов в суспензии при В/Ц > 1,0 суспензия должна постоянно перемешиваться активатором на скорости 100…300 об/мин.
Упрочнение грунта наступает после схватывания цемента. Закрепленный 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.
В конце смены все оборудование, находящееся в соприкосновении с растворами, промывается горячей водой и продувается сжатым воздухом.
2. Технология закрепления полиуретановыми составами, предполагающая инъецирование в грунты основания синтетических смол, таких как полиуретановый составов с низкой вязкостью. При контакте с водой смола расширяется примерно в два раза и отверждается до состояния жесткой полиуретановой пены.
Образованные при этом включения, в радиусе до 0,7 м. от инъектора, под воздействием давления, расширяются за счет объема твердеющего раствора и формируют жесткий армирующий каркас. Задействованные между включениями фрагменты почвенного массива сжимаются инъекционным раствором, действующим как внутренний расширитель, улучшая за счет этого физико-механические характеристики почвы.
Закрепленный предлагаемым методом почвенный массив становится принципиально новым природно-техногенным образованием-геотехническим композитом, который имеет высокую степень твердости и корневидную форму. Выдерживает механические деформации. Стабилизирует подвижные и размываемые грунты, предотвращая осадочные трещинообразования фундаментов, усадок зданий, строительных опорных конструкций. Метод используется для усиления пылеватых, мелких песков, супесей и суглинков.
Применяются вертикальный, горизонтальный и наклонный способы установки инъекторов. Величина давления определяется нагрузкой на грунт, проницаемостью, скоростью инъектирования, свойствами состава и др. факторами.
Инъекционный раствор при закачке в скважины под давлением до 0,8 МПа обладает высокой избирательной проницаемости в грунт, что способствует усилению наиболее слабых зон грунтового массива, создавая, таким образом, однородный массив с высокой несущей способностью.
Количество скважин, их направление и длина определяются в зависимости от инженерно-геологических свойств грунтов основания, плана фундаментов, размеров подошвы, глубины ее заделки, сетей подземных инженерных коммуникаций и так далее.
Процесс инъектирования смолой можно разбить на следующие основные этапы:
1. Пробурить шпуры под заданным углом на рассчетную глубину. Либо погрузить инъектор без перфорации методом забивания и далее перейти сразу к инъектированию.
2. Ввести инъекционную трубку (прямая манжетная труба с открытыми концами) на заданную глубину, верх трубки закрывается пакером с обратным клапаном.
3. Начать инъектирование приготовленного состава, под установленным проектом давлением.
4. Вытягивать инъекционную трубку через заранее определенные промежутки времени и глубины.
5. Продолжать процесс инъектирования, обеспечивая «перехлест» с ранее инъектированными участками. Подача состава производится порциями, каждая из которых заполняет поры грунта на своем уровне и затвердевая, повышает давление в основании.
Инъектор для грунта металлический
Металлические инъекторы для грунта применяются для нагнетания в грунты цементных растворов, микроцементов, полимерных составов и смол в проектах по закреплению, усилению и стабилизации грунтов, заполнению пустот, устройству противофильтрационных завес.
Грунтовые инъекторы изготавливаются нами из стальной трубы ДУ25, резьба 1 дюйм. и применяются на глубины до 5 м.
Виды инъекторов:
1. Инъектор перфорированный с наконечником, состоит из следующих элементов: труба перфорированная с наконечником. Шаг отверстий перфорации 200 мм. Диаметр отверстий перфорации 8 мм. Длинна 1,0 или 2,0 м.
2. Инъектор без перфорации с инъекционным наконечником, состоит из следующих элементов: труба глухая, съемный (накручиваемый) инъекционный наконечник. Длинна 1,0 или 2,0 м.
3. Инъектор без перфорации с теряемым наконечником, состоит из следующих элементов: труба глухая, теряемый инъекционный наконечник. Длинна 1,0 или 2,0 м.
Иньектор необходимой длины собирается стыковкой труб через резьбовые соединительные муфты. На конце инъектора закручивается обратный клапан или шаровый кран, а также может монтироваться адаптер под пакер для микроцемента с обратным клапаном.
Схема установки инъекторов
Схема установки инъекторов определяется:
- геометрическими параметрами массивов закрепляемого грунта;
- условиями доступа к месту инъекции;
- принятым по условиям инъекции радиусом распространения раствора;
- видом конструкции фундаментов (ленточные, штучные, свайные) при повышении несущей способности фундаментов
- назначением инъекционного раствора (усиление фундаментов, стена в грунте, горизонтальный экран, противофильтрационная завеса)
Шаг сетки установки инъекторов (L) определяется формулой:
L = kм 2R , где:
- R – радиус распространения раствора при закреплении грунта,
- Kм – коэффициент выравнивания массива, значение которого принимается от 0,6 до 0,9 в зависимости от назначения инъекционного закрепления и вида конструкции фундаментов.
Радиус действия инъекторов при цементации ориентировочно принимают:
для трещиноватых скальных грунтов 1,2 м.,
для крупнообломочных грунтов 0,75 м.,
для крупных песков 0,5 м.,
для песков средней крупности 0,3 м.
Значения коэффициента выравнивания массива (kм):
| Проектная задача | Значение kм |
| Закрепление грунта под ленточными фундаментами | 0,9 |
| Закрепление грунта вокруг свай | 0,8 |
| Закрепление грунта при устройстве стен подвалов в существующих зданиях | 0,7 |
| Закрепление грунта под штучными фундаментами | 0,6 |
| Закрепление грунта при устройстве противофильтрационных завес и экранов, стен в грунте | 0,6 |
Варианты схем установки инъекторов:
|
Односторонняя схема с одиночными инъекторами. Применяется для закрепления грунтов под неширокими ленточными или штучными фундаментами. Угол наклона смежных инъекторов рекомендуется принимать с разницей в несколько градусов. Точное значение угла наклона инъекторов определяется геометрическими построениями при симметричном позиционировании массивов относительно центральной оси фундаментов. |
 |
|
Односторонняя схема с несколькими инъекторами в одном створе. Применяется для закрепления грунтов под широкими ленточными или штучными фундаментами при невозможности доступа с одной из сторон. |
 |
|
Двухсторонняя схема с одиночными инъекторами. Применяется для закрепления грунтов под не широкими ленточными или штучными фундаментами при доступе с 2-х сторон. |
 |
|
Двухсторонняя схема с несколькими инъекторами в одном створе. Применяется для закрепления грунтов под широкими ленточными или штучными фундаментами при доступе с 2-х сторон. |
 |
|
Схема установки инъекторов по периметру. Применяется для закрепления грунтов вокруг свай и штучных фундаментов. |
 |
|
Схема установки инъектора в каркас изготавливаемой сваи. Применяется при устройстве свай с опорной корневой пятой. Инъектор устанавливается вместе с каркасом сваи. Инъекция осуществляется до истечения 24 часов после заливки сваи бетоном через разрывы в бетоне. |
 |
После погружения инъектора верхняя часть вокруг скважины заполняется раствором, который выполняет функцию замка инъектора и не позволяет инъекционному раствору утекать вдоль инъектора наружу. При использовании замка из цементно-песчаного раствора время до инъекционных работ должно составлять не менее 12 часов.
При необходимости перед нагнетанием раствора инъектор промывается водой, для очистки от грунта попавшего внутрь через отверстия.