КОТЛОВАН ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГРУНТАХ Российский патент 2024 года по МПК E02D17/04 

Изобретение относится к области строительства, а именно к возведению подземной части строительных сооружений в условиях обводнённых грунтов[E02D 17/04].

Из уровня техники известен котлован зданий и сооружений в водонасыщенных грунтах, содержащий боковые ограждения в виде сплошной водонепроницаемой стенки и распорную систему (Мангушев Р.А. и др. Проектирование и устройство подземных сооружений в открытых котлованах. Изд. Ассоциации строительных вузов. М., 2013, с. 59, 60). Особенностью котлована является то, что боковое ограждение доведено до водоупора («стена в грунте»), поэтому оно полностью ограждает котлован от фильтрации воды.

Недостатком данного технического решения является то, что при глубоком заложении водоупора «стена в грунте» возникает увеличение общей материалоемкости элементов конструкции котлована.

Также известен котлован зданий и сооружений в водонасыщенных грунтах, содержащий боковые ограждения в виде сплошной водонепроницаемой стенки, противофильтрационную защиту (ПФЗ) снизу, устройство для обеспечения стабильности ПФЗ в вертикальном направлении и распорную систему между боковым ограждением (Малинин А.Г. Струйная цементация грунтов. М., Стройиздат, 2010, с. 95, рис.2.19). Особенностью данного технического решения является то, что боковое ограждение не доводится до водоупора, а ограждение от фильтрации снизу осуществляется с помощью ПФЗ, и устройство для обеспечения стабильности ПФЗ в вертикальном направлении выполнено в виде слоя грунта, расположенного над ПФЗ, и вес которого предотвращает выпор ПФЗ снизу.

Недостатком данного технического решения является то, что ПФЗ работает при давлении снизу на изгиб. Для его компенсации требуется сверху достаточно мощный слой грунта - балласта, расположенного ниже дна проектного котлована. Это увеличивает глубину заложения бокового ограждения, (особенно при больших размерах котлована в плане), увеличивает глубину бурения при устройстве инъекционных скважин, снижает надежность ПФЗ.

Наиболее близким по технической сущности является КОТЛОВАН ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГРУНТАХ (RU 153760опубл.: 27.07.2015)для подземной части строительных сооружений, содержащий боковые ограждения в виде сплошной водонепроницаемой стенки, противофильтрационную защиту (ПФЗ) снизу, устройство для обеспечения стабильности ПФЗ в вертикальном направлении и распорную систему между боковым ограждением, отличающийся тем, что устройство для обеспечения стабильности ПФЗ в вертикальном направлении выполнено в виде анкеров, а ПФЗ усилена упрочняющим материалом, при этом анкера выполнены в виде нижних грунтобетонных массивов, расположенных в коренном грунте ниже поверхности ПФЗ, верхних грунтобетонных массивов, расположенных на верхней поверхности ПФЗ, и тяг, заделанных в верхний и нижний грунтобетонные массивы, причём тяги выполнены из материала, способного воспринимать растяжение, при этом анкеры расположены в местах сосредоточенных нагрузок от колонн и других подобных элементов конструкций будущего строительного сооружения.

Основной технической проблемой прототипа являетсянедостаточная надежность котлована.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков.

Техническим результатом изобретения является уменьшение глубины стены в грунте и глубины котлована, снижение материалоемкости и повышение надежности.

Указанный технический результат достигается за счет того, котлован зданий и сооружений в водонасыщенных грунтах для подземной части строительных сооружений содержащий боковые ограждения в виде сплошных водонепроницаемых стенок, противофильтрационную завесу, созданную путем обработки структуры грунта инъекционной смесью на минеральной основе, содержащую базовую смесь из портландцемента, или микроцемента, или цемента, утяжелителя, регулятора вязкости и регулятора седиментационной устойчивости, при этом в качестве утяжелителя базовая смесь противофильтрационное завесы содержит: барит, или магнетит, или гематит, или галенит, или ильменит, или их смесь, при этом боковые ограждения в виде сплошных водонепроницаемых стенок, закреплены нижним концом по типу жесткая заделка в противофильтрационную завесу, на расстояниях от центра симметрии противофильтрационной завесы, обеспечивающих наличие выступов краев противофильтрационной завесы за пределами точек крепления сплошных боковых водонепроницаемых стенок.

В частности, при обработке структуры грунта струйной цементацией базовая смесь выполнена в следующем соотношении компонентов: портландцемент 20-76% масс.%, указанный утяжелитель 20-70 мас.%, регулятор вязкости 0,1-1,5 мас.%, регулятор седиментационной устойчивости 2,5-9,9 мас.%.

В частности, при обработке структуры грунта по манжетной технологии базовая смесь выполнена в следующем соотношении компонентов: микроцементы 10-78 мас.%, утяжелитель 10-81 мас.%, регулятор вязкости 0,5-2 мас.%, регулятор седиментационной устойчивости 8,5-10 мас.%.

В частности, при обработке структуры грунта комбинированной цементацией базовая смесь выполнена в следующем соотношении компонентов: цементы 15-45 мас.%, микроцементы 10-15 мас.%, утяжелитель 30-70 мас.%, регулятор вязкости 0,5-2 мас.%, регулятор седиментационной устойчивости 4,5-8 мас.%.

В частности, точки крепления сплошных боковых водонепроницаемых стенок находятся на равных расстояниях от центра симметрии противофильтрационной завесы.

В частности, глубина залегания подошвы противофильтрационной завесы находится ниже глубины закрепления нижних концов боковых водонепроницаемых стенок по типу жесткая заделка в противофильтрационную завесу.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 показана схема котлована в соответствии с предлагаемым техническим решением.

На фигуре обозначено: 1 – боковые водонепроницаемые стенки,2 – верхняя распорная система,3 – противофильтрационная завеса,4 – глубина залегания водонепроницаемых стенок, 5 - расстояния от точек крепления боковых водонепроницаемых стенок до центра симметрии противофильтрационной завесы, 6 – длина выступов краев противофильтрационной завесы, 7 – естественный водоупор, 8 – уровень грунтовых вод, 9– глубина залегания подошвы противофильтрационной завесы, 10 – разница между глубиной залегания боковых водонепроницаемых стенок и глубиной залегания подошвы противофильтрационной завесы, 11 – толщина противофильтрационной завесы, 12 – толщина боковых водонепроницаемых стенок, 13 –глубина закрепления нижних концов боковых водонепроницаемых стенок по типу жесткая заделка в противофильтрационную завесу.

Осуществление изобретения.

Котлован зданий и сооружений в водонасыщенных грунтах для подземной части строительных сооружений содержит боковые ограждения в виде сплошных водонепроницаемых стенок1 с глубиной залегания 4, имеющих в верхней части распорную систему 2и закрепленных нижним концом по типу жесткая заделка в противофильтрационную завесу3 с глубиной залегания подошвы 9, на расстояниях 6от центра симметрии противофильтрационной завесы3, обеспечивающих наличие длины выступов6краев противофильтрационной завесы 3 за пределами точек крепления сплошных боковых водонепроницаемых стенок 1, при этом точки крепления сплошных боковых водонепроницаемых стенок находятся на равных расстояниях 5 от центра симметрии противофильтрационной завесы 3, а глубина залегания подошвы противофильтрационной завесы 9 находится ниже глубины закрепления 13 нижних концов боковых водонепроницаемых стенок по типу жесткая заделка в противофильтрационную завесу.

Техническим результатом изобретения является уменьшение глубины стены в грунте и глубины котлована, снижение материалоемкости и повышение надежности, который достигается счет того, что боковые водонепроницаемые стенки 1 закрепляются в противофильтрационную завесу3 (Фиг.1), имитирующую работу искусственного водоупора и полученную путем обработки грунта инъекционной смесью на минеральной основе в режиме пропитки (путём струйной цементации или комбинации 2-х компонентной струйной цементацией с пропиткой по манжетной технологии), обеспечивающей увеличение объемного веса грунта, водонепроницаемости и прочности грунтового массива, защиту от всплытия (выпора), вследствие гидростатического напора грунтовой воды в вертикальном направлении, что позволяет уменьшить глубину залегания 4водонепроницаемых стенок 1 в условиях глубокого залегания слоя естественного водоупора 7 и высокого уровня грунтовых вод 8, как следствие глубины стены в грунте и глубины котлована, а также обеспечить возможность устройства котлованов в водонасыщенных грунтах, не имеющих естественного водоупора, а также грунтах, имеющих напорные воды.

Увеличение объёмной массы инъекционной смеси обеспечивается путём введения в состав инъекционной смеси утяжелителей: барита; или магнетита; или гематита; или галенита; или ильменита; или их смеси.

Соотношение компонентов утяжелённой инъекционной смеси:

Для струйной цементации: портландцемент 20-76% масс.%, указанный утяжелитель 20-70 мас.%, регулятор вязкости 0,1-1,5 мас.%, регулятор седиментационной устойчивости 2,5-9,9 мас.%.

Для манжетной технологии: микроцементы 10-78 мас.%, утяжелитель 10-81 мас.%, регулятор вязкости 0,5-2 мас.%, регулятор седиментационной устойчивости 8,5-10 мас.%.

Для комбинированной цементации: цементы 15-45 мас.%, микроцементы 10-15 мас.%, утяжелитель 30-70 мас.%, регулятор вязкости 0,5-2 мас.%, регулятор седиментационной устойчивости 4,5-8 мас.%.

Данные об основных свойствах массива грунта при устройстве противофильтрационной завесы по технологии струйной цементации (состав 1 и 2), манжетной технологии (состав 3 и 4) и комбинированной технологии (состав 5 и 6) представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Наименование состава Способ устройства ПФЗ Струйная цементация Манжетная технология Комбинированная цементация Ý R В Ý R В Ý R В Состав №1 3,2 0,5 4 - - - - - - Состав №2 2,1 4,8 6 - - - - - - Состав №3 - - - 3,4 1,1 8 - - - Состав №4 - - - 2,0 10,4 12 - - - Состав №5 - - - - - - 3,4 4,0 10 Состав №6 - - - - - - 2,3 9,0 12

Примечание.

Ý – средняя плотность грунтобетонного массива, тн/куб.м, в соответствии с ГОСТ 12730.1 «Бетон. Методы определения плотности».

R – прочность грунтобетона при сжатии, Мпа, в соответствии с ГОСТ 28570 «Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций».

В – марка грунтобетонного массива по водонепроницаемости, в соответствии с ГОСТ 12730.5 «Бетоны. Методы определения водонепроницаемости».

Примеры рецептур инъекционных смесей для различных технологий: струйная цементация (состав 1 и 2), манжетная технология (состав 3 и 4), комбинированная технологи (состав 5 и6) представлены в таблице 2.

Таблица 2

Наименование компонента Состав смеси, % №1 №2 №3 №4 №5 №6 Портландцемент 20 76 - - 15 45 Микроцемент - - 10 78 10 15 Утяжелитель 70 20 81 10 70 30 Регулятор
вязкости 0,1 1,5 0,5 2 0,5 2.0 Регулятор седиментационной устойчивости 9,9 2,5 8,5 10 4,5 8

Закрепление боковых водонепроницаемых стенок 1 нижним концом по типу жесткая заделка в противофильтрационную завесу 3, обеспечивает водонепроницаемость и стабильность противофильтрационной завесы 3 в вертикальном направлении, что исключает поступление воды в разрабатываемый котлован и возводимые подземные сооружения.

Расположение точек крепления сплошных боковых водонепроницаемых стенок 1 на равных расстояниях 5 от центра симметрии противофильтрационной завесы, обеспечивает общую устойчивость, вследствие равномерного давления боковых водонепроницаемых стенок 1 на противофильтрационную завесу 3.

Противофильтрационная завеса 3, работающая как жесткая заделка для боковых водонепроницаемых стенок 1 выполняет функцию нижней распорной системы, работающей на сжатие и воспринимающей давление боковых водонепроницаемых стенок1, что обеспечивает прочность и надежность конструкции котлована.

При увеличении давления оказываемого на боковые водонепроницаемые стенки 1 надежность и прочность конструкции котлована обеспечивается большей разницей 10 между глубиной закрепления 13 нижних концов боковых водонепроницаемых стенок 1 по типу жесткая заделка в противофильтрационную завесу 3 и глубиной залегания подошвы противофильтрационной завесы 9.

Возможность выгиба противофильтрационной завесы 3 вверх от действия грунтовых или напорных воды, снижается с увеличениемтолщины (как следствия веса)11противофильтрационной завесы 3, а также с увеличением длины выступов краев6 противофильтрационной завесы 3, находящихся за пределами точек крепления боковых водонепроницаемых стенок 1.

Работа противофильтрационной завесы 3, как жесткой заделки для боковых водонепроницаемых стенок 1 в совокупности с верхней распорной системой 2 обеспечивает уменьшение величины прогиба боковых водонепроницаемых стенок 1 из-за бокового давления грунта, чтопозволяет снизить толщину 11 стенок боковых водонепроницаемых стенок 1, как следствие снизить материалоемкость элементов котлована зданий и сооружений в водонасыщенных грунтах.

Изобретение относится к области строительства, а именно к возведению подземной части строительных сооружений в условиях обводнённых грунтов. Котлован зданий и сооружений в водонасыщенных грунтах для подземной части строительных сооружений содержит боковые ограждения в виде сплошных водонепроницаемых стенок, противофильтрационную завесу, созданную путем обработки структуры грунта инъекционной смесью на минеральной основе, содержащую базовую смесь из портландцемента, или микроцемента, или цемента, утяжелителя, регулятора вязкости и регулятора седиментационной устойчивости. В качестве утяжелителя базовая смесь противофильтрационной завесы содержит: барит, или магнетит, или гематит, или галенит, или ильменит, или их смесь. Боковые ограждения в виде сплошных водонепроницаемых стенок закреплены нижним концом по типу жесткая заделка в противофильтрационную завесу, на расстояниях от центра симметрии противофильтрационной завесы, обеспечивающих наличие выступов краев противофильтрационной завесы за пределами точек крепления сплошных боковых водонепроницаемых стенок. Технический результат состоит в уменьшении глубины стены в грунте и глубины котлована, снижении материалоемкости и повышении надежности. 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Котлован зданий и сооружений в водонасыщенных грунтах для подземной части строительных сооружений, содержащий боковые ограждения в виде сплошных водонепроницаемых стенок, противофильтрационную завесу, созданную путем обработки структуры грунта инъекционной смесью на минеральной основе, содержащую базовую смесь из портландцемента, или микроцемента, или цемента, утяжелителя, регулятора вязкости и регулятора седиментационной устойчивости, отличающийся тем, что в качестве утяжелителя базовая смесь противофильтрационной завесы содержит: барит, или магнетит, или гематит, или галенит, или ильменит, или их смесь, при этом боковые ограждения в виде сплошных водонепроницаемых стенок закреплены нижним концом по типу жесткая заделка в противофильтрационную завесу, на расстояниях от центра симметрии противофильтрационной завесы, обеспечивающих наличие выступов краев противофильтрационной завесы за пределами точек крепления сплошных боковых водонепроницаемых стенок.

2. Котлован зданий и сооружений в водонасыщенных грунтах для подземной части строительных сооружений по п.1, отличающийся тем, что при обработке структуры грунта струйной цементацией базовая смесь выполнена в следующем соотношении компонентов: портландцемент 20-76 мас.%, указанный утяжелитель 20-70 мас.%, регулятор вязкости 0,1-1,5 мас.%, регулятор седиментационной устойчивости 2,5-9,9 мас.%.

3. Котлован зданий и сооружений в водонасыщенных грунтах для подземной части строительных сооружений п.1, отличающийся тем, что при обработке структуры грунта по манжетной технологии базовая смесь выполнена в следующем соотношении компонентов: микроцементы 10-78 мас.%, утяжелитель 10-81 мас.%, регулятор вязкости 0,5-2 мас.%, регулятор седиментационной устойчивости 8,5-10 мас.%.

4. Котлован зданий и сооружений в водонасыщенных грунтах для подземной части строительных сооружений п.1, отличающийся тем, что при обработке структуры грунта комбинированной цементацией базовая смесь выполнена в следующем соотношении компонентов: цементы 15-45 мас.%, микроцементы 10-15 мас.%, утяжелитель 30-70 мас.%, регулятор вязкости 0,5-2 мас.%, регулятор седиментационной устойчивости 4,5-8 мас.%.

5. Котлован зданий и сооружений в водонасыщенных грунтах для подземной части строительных сооружений п.1, отличающийся тем, что точки крепления сплошных боковых водонепроницаемых стенок находятся на равных расстояниях от центра симметрии противофильтрационной завесы.

6. Котлован зданий и сооружений в водонасыщенных грунтах для подземной части строительных сооружений п.1, отличающийся тем, что глубина залегания подошвы противофильтрационной завесы находится ниже глубины закрепления нижних концов боковых водонепроницаемых стенок по типу жесткая заделка в противофильтрационную завесу.