СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ ЛЕССОВЫХ ГРУНТОВ В ОСНОВАНИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ Российский патент 1994 года по МПК E02D3/10 E02D3/12 

Изобретение относится к строительству, в частности к устранению просадочных свойств лессовых грунтов путем их уплотнения в основании зданий и сооружений.

Известен способ уплотнения лессовых грунтов с помощью гидровзрыва, включающий бурение скважин, замачивание водой и уплотнение лессового грунта путем взрыва [1].

Недостатком этого способа является потребность в больших количествах воды и времени для замачивания, неравномерность уплотнения массива после взрыва, а также необходимость доуплотнения верхней толщи массива и относительно высокая стоимость закрепления.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является способ уплотнения лессовых грунтов в основании зданий и сооружений путем введения в грунт через инъектор улучшающего раствора в виде пульпы под давлением до гидроразрыва грунта, после чего производят нагнетание в грунт твердеющего материала - цементно-песчаного раствора [2].

Недостатком этого способа является использование в качестве уплотняющего раствора 15-30% пульпы, так как пульпа слабо уплотняет массив грунта (за счет отсутствия в ней песчаных частиц) и, кроме того, в результате ее использования твердые частицы пульпы образуют высоковлажную ослабленную зону, а нагнетание твердеющего (песчано-цементного) материала приводит к уплотнению только мягкопластичной пульпы, не затрагивая при этом основной массив лессового грунта.

Вследствие этого происходит слабое уплотнение прилегающего массива лессового грунта, в результате чего в массиве образуются неуплотненные зоны, что делает метод недостаточно надежным, что в свою очередь приводит к получению низкой несущей способности оснований зданий и сооружений.

Целью изобретения является устранение указанных выше недостатков и разработка высоконадежного и эффективного способа уплотнения лессовых грунтов в основании зданий и сооружений.

Цель достигается тем, что с поверхности земли осуществляют нагнетание пульпы, постепенно наращивая давление до 3-10 атм со скоростью 2-5 м³/ч в течение времени, необходимого для образования трещины гидроразрыва в массиве, затем скорость инъектирования пульпы уменьшают не менее, чем в 2 раза, в результате чего прекращается рост трещины и начинается замачивание зоны массива вокруг трещины, после этого производят нагнетание песчано-цементного раствора под давлением 3-10 атм, уплотняя тем самым лессовый грунт в промоченной зоне до достижения пористости грунта 38-40%. Длина трещины гидроразрыва колеблется от 2 до 3 м в каждую сторону, а ширина замоченной и уплотненной зоны от 1 до 1,5 м. Для лучшего замачивания следует использовать пульпу с содержанием глинистых частиц от 5 до 15%. Возможно проводить нагнетание лессовой пульпы в противоположных направлениях, например, посредством двухнаправленного щелевидного инъектора.

Таким образом высокая эффективность способа достигается за счет использования в качестве уплотняющего материала песчано-цементной смеси (в то время как в известном способе - лессовой пульпы, вводимой в грунт по специальной технологии); использование 5-15% -ной пульпы для замачивания, а также определенная скорость инъектирования позволяют качественно промочить лессовый грунт, что ведет к его полному уплотнению без образования ослабленных зон (в отличие от известного способа).

Дополнительными положительными техническими результатами являются: уплотнение лессовых грунтов в основании существующих (аварийных) зданий и сооружений практически на любой глубине; создание за счет образования жестких элементов слоистых природно-технических компонентов; использование данного способа для уплотнения массивов лессовых грунтов, лежащих ниже активной зоны здания с применением в качестве уплотняющего раствора песчано-глинистой смеси.

На чертеже показана схема уплотняемого массива лессового грунта (аксонометрическая проекция).

Способ осуществляют следующим образом.

На участке строительства здания или сооружения с поверхности земли погружают инъектор 1 на полную глубину уплотняемого массива 2 и поинтервально производят нагнетание пульпы через двухнаправленный инъектор, постепенно наращивая давление до 5-10 атм. При использовании пульпы с содержанием частиц грунта менее 5% будет происходить радиальное промачивание грунта без образования трещины гидроразрыва, а при применении пульпы с содержанием частиц более 15% твердые частицы грунта будут образовывать высоковлажные ослабленные зоны. При давлении более 10 атм будет происходить образование многочисленных мелких разветвленных трещин, куда в дальнейшем не будет поступать уплотняющий раствор, а при давлении меньшем 2 атм не будет происходить образования трещин вообще. При инъектировании пульпы описанным выше способом со скоростью 2-5 м³/ч в течение времени, необходимого для образования трещины гидроразрыва, образуется практически ровная, длиной 2-2,5 м в каждую сторону от инъектора, трещина гидроразрыва 3. Интервал скорости инъектирования пульпы обусловлен теми же причинами, что и давление. Затем скорость инъектирования пульпы уменьшают не менее, чем в 2 раза, в результате чего прекращается дальнейший рост трещины, и вода, составляющая пульпу, начинает промачивать массив лессового грунта вокруг трещины гидроразрыва. Объем воды и соответственно пульпы рассчитывается в зависимости от исходной степени водонасыщения и пористости грунта.

Например, при исходной степени водонасыщения лессового грунта 0,45 и пористости 45% для насыщения 1 м³ грунта до S_r = 0,85 потребуется 0,18 м³ воды (0,85-0,45 = 0,40 х 0,45 = 0,18). Конечная степень водонасыщения определяется оптимальной влажностью уплотнения и составляет для лессовых грунтов 0,7-0,9.

После промачивания массива лессового грунта вокруг трещины гидроразрыва на расстояние 1-1,5 м в каждую сторону производят нагнетание песчано-цементной смеси, например, марки М-200, под давлением, превышающем в 3-5 раз последующую нагрузку от сооружения - 5-10 атм, уплотняя тем самым лессовый грунт 4 в промоченной зоне до достижения пористости, при которой лессовый грунт становится непросадочным, а именно 38-40%. Объем песчано-цементного раствора зависит от исходной пористости грунта, конечной его пористости и мощности промоченной зоны. Например, при исходной пористости 46% и конечной 39% для уплотнения 1 м³ грунта потребуется 0,07 м³ раствора (0,46 - 0,39 0,07). Расширяющуюся при этом трещину гидроразрыва заполняет песчано-цементная смесь, которая при твердении образует субвертикальную стенку в грунте 5 шириной от 2 до 15 см в зависимости от степени относительной просадочности данного грунта.

Дополнительным положительным техническим результатом при использовании данного способа является возможность уплотнения лессового грунта под фундаментами существующих аварийных зданий и сооружений, так как длина трещины гидроразрыва может составлять 2,5 м, а при использовании однонаправленного инъектора 3-3,5 м.

Кроме того возможно использование данного способа для уплотнения слабых дисперсных грунтов.

При расположении инъекторов по сетке 3х4 м возможно создание объемного природно-техногенного композита, состоящего из соединенных между собой трещин гидроразрыва, заполненных затвердевшим песчано-цементным раствором (расстояние между инъекторами 4 м). В перпендикулярном направлении слоистый композит будет состоять из жесткого элемента - затвердевшего раствора, вокруг которого будет находиться уплотненный непросадочный лессовый грунт мощностью от 1000 до 1500 см в каждую сторону от трещины.

Если одним дополнительным положительным техническим результатом при использовании данного способа является применение с целью удешевления способа для уплотнения массива замоченного грунта песчано-глинистых смесей с соотношением песка, глины и воды 0,3, 0,3 и 0,4. Этот вариант уплотнения следует использовать ниже активной зоны под зданием на всю глубину распространения просадочной толщи.

П р и м е р 1. В массиве просадочного лессового грунта на глубине 3 м провели инъектирование 5% лессовой пульпы объемом 0,8 м³. Вначале с целью создания трещины гидроразрыва инъектирование проводили в течение 2 мин под давлением до 0,5 МПа со скоростью 2,0 м³/ч, затем скорость подачи пульпы уменьшили в 2 раза, в результате чего вокруг трещины гидроразрыва (длиной около 4 м и высотой около 2 м) образовалась промоченная зона мощностью от 80 до 100 см. Через сутки после нагнетания пульпы через тот же инъектор произвели нагнетание песчано-цементной смеси (марки М-200) объемом 0,6 м³ под давлением 5 атм. Вследствие инъектирования песчано-цементной смеси произошло уплотнение промоченной зоны вокруг трещины гидроразрыва. Результаты опробывания шурфа, вскрывшего опытную площадку, показывают, что пористость в промоченной зоне уменьшилась в среднем с 51 до 40%, что свидетельствует об образовании уплотненных зон с параметрами - длина 2-3 м в каждую сторону от инъектора, ширина 1 - 0,8 м в каждую сторону от трещины.

П р и м е р 2. После инъектирования 15% лессовой пульпы под давлением 1 МПа со скоростью 5 м³/ч в течение 1 мин в массив лессового грунта на глубину 3 м скорость подачи снизили до 1 м³/ч и произвели нагнетание пульпы объемом 1,6 м³. Через сутки после нагнетания пульпы через тот же инъектор произвели инъектирование песчано-цементной смеси марки М-100 с пластификатором объемом 0,8 м³ под давлением 10 атм. Опробывание промоченной и уплотненной зоны (шириной 2,2 м и длиной 4,2 м) показало, что пористость в результате уплотнения уменьшилась в среднем с 46 до 38%.

Использование: строительство, устранение просадочных свойств лессовых грунтов путем их уплотнения в основании зданий и сооружений. Сущность изобретения: в массиве просадочного лессового грунта через инъекторы нагнетают лессовую пульпу, постепенно наращивая давление до 3 - 10 атм со скоростью 3-5 м³/г, в течение времени, необходимого для образования гидроразрыва в массиве, затем скорость инъектирования уменьшают не менее, чем в 2 раза для прекращения роста трещины гидроразрыва и замачивания зоны массива вокруг трещины, а нагнетание цементно-песчаного раствора ведут под давлением 3 - 10 атм, уплотняя грунт в промоченной зоне до достижения пористости грунта 38 - 40%. К тому же лессовая пульпа содержит глинистых частиц 5 - 15%. Кроме того нагнетание лессовой пульпы ведут в противоположных направлениях, например, посредством двухнаправленного щелевидного инъектора. Способ позволяет эффективно уплотнить грунт. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ ЛЕССОВЫХ ГРУНТОВ В ОСНОВАНИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ, включающий нагнетание через инъектор лессовой пульпы под давлением до гидроразрыва грунта и замачивание его с последующим нагнетанием цементно-песчаного раствора, отличающийся тем, что нагнетание пульпы осуществляют, постепенно наращивая давление до 3 - 10 атм со скоростью 2 - 5 м³/ч в течение времени, необходимого для образования трещины гидроразрыва в массиве, затем скорость инъектирования пульпы уменьшают не менее чем в 2 раза для прекращения роста трещины гидроразрыва и замачивания зоны вокруг трещины, а нагнетание цементно-песчаного раствора ведут под давлением 3 - 10 атм, уплотняя лессовый грунт в промоченной зоне до достижения пористости грунта 38 - 40%. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют лессовую пульпу с содержанием глинистых частиц в ней 5 - 15%. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагнетание лессовой пульпы ведут в противоположных направлениях, например, посредством двунаправленного щелевидного инъектора.