Спосіб підсилення ґрунтів основ після вирівнювання крену будівлі

Реферат: Спосіб підсилення ґрунтів основ після вирівнювання крену будівлі включає інженерно-геологічні вишукування, лабораторні дослідження ґрунтів основ, установку та прив'язку на місцевості відповідних геодезичних знаків, геодезичний контроль процесу вирівнювання крену, спостереження за прилеглими будівлями, визначають відповідний кут суміжності нахилу відносно вертикалі та вирівнювання відносно горизонту, оцінюють необхідний надлишковий об'єм ґрунту, що належить виїмці для осадки відповідної частини об'єкта. Після виїмки зволоженого ґрунту із горизонтальних свердловин під підошвою фундаменту і вирівнювання споруди забезпечується зміцнення ґрунтів основ шляхом нагнітання сухої цементно-піщаної суміші так званої гарцовки під тиском в розпорошений масив ґрунту. UA 92124 U (12) UA 92124 U UA 92124 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Спосіб підсилення ґрунтів основ після вирівнювання крену будівлі належить до галузі будівництва, зокрема як до окремих конструктивних елементів, так і в цілому до промислових, цивільних, суспільних, сільськогосподарських і житлових будівель та споруд і забезпечує збільшення несучої здатності ґрунтів основ, зменшення питомої ваги споруди на підошву фундамента, стабілізацію стану споруд та припинення деформаційних процесів в масиві ґрунтів основ за рахунок зміцнення ґрунтів основ після вирівнювання крену та призначений для відновлення або підвищення експлуатаційної придатності будівлі. На цей час значна частина об'єктів вичерпала свій експлуатаційний ресурс, а інша частина має потребу у підтримці їхньої працездатності шляхом виконання необхідного обсягу ремонтновідновлювальних робіт дещо в інших умовах, тобто забудованих територій та будівель, що експлуатуються. Рівень досягнень сучасної науки забезпечує можливість використання більш прогресивних будівельних матеріалів, технологій виробничих процесів. В сучасний період широко використовується горизонтальне вибурювання, яке використовується для вирівнювання крену, підсилення та закріплення ґрунтів основ. По сукупності ознак, принципу роботи корисної моделі, що заявляється є "Способ усиления фундаментов", який включає відривання котловану, підведення під підошву фундаменту на всю його довжину елементів підсилення, за які використовують мікротунелі, заповнені тужавіючими матеріалами, при цьому розташовані мікротунелі так, щоб стінки від кожного мікротунелю дотикалися між собою та підошвою фундамента, мікротунелі створюють шляхом загвинчування в ґрунт під підошвою фундамента буровим шнеком, у якого вздовж його осі є скрізний канал, через який нагнітають тужавіючий розчин в мікротунель, який створюється в кінці шнека при його вилученні із ґрунту, [див. Патент России № 2252987, дата публікації формули 02.06.2007.]. Недоліком даного "Способа усиления фундаментов" є складність підведення під підошву фундаменту на всю його довжину елементів підсилення, за які використовують мікротунелі, забезпечення спільної роботи окремих елементів, як однієї цілої конструкції, сприйняття навантаження від споруди та передача його на ґрунт, відсутність інформації на якій стадії (проектування, будівництва, експлуатації) доцільно використовувати "Способ усиления фундаментов". Відомий спосіб підсилення стрічкових фундаментів підводкою балок з метою збільшення підошви фундамента шляхом виконання з боків фундамента нових додаткових частин без збільшення заглиблення та шляхом підводки залізобетонних плит під підошву існуючих фундаментів [див. Реконструкция. Санкт-Петербург. 2005. Международная научно-практическая конференция. Сборник докладов. Часть 1-я, с. 227 снизу]. Недоліком зазначеного "Способа…" є складність підводки залізобетонних плит під підошву існуючих фундаментів та забезпечення спільної роботи існуючих фундаментів і додаткових залізобетонних плит. Відомий "Спосіб підсилення основ методом високонапірної ін'єкції" який полягає в наступному: • вибурюється свердловина і встановлюється кондуктор діаметром 127-150 мм довжиною 4,5-5 м з послідуючою цементацією для анкерування в ґрунтовий масив; • після набору розчином міцності (75-100)% виконується свердління отвору в цементному масиві та створюється порожнина із розпорошеного ґрунту нижче його верхнього положення на 1,0-1,5м; • на кондуктор встановлюється запірний кран і виконується нагнітання розрахункової кількості тужавіючого розчину при відповідному тиску; • після стабілізації тужавіючого розчину виконується свердління отвору в цементному масиві та створюється порожнина із розпорошеного ґрунту нижче цементного масиву, який використовується як кондуктор але вже наступної захватки; • глибина закріплення масиву ґрунту може складати біля 14 м від поверхні землі. При цьому оптимальна довжина захватки складає 1,5-2,0 м, а максимальний радіус закріпленого масиву близько 1,5 м [див. Строительство, материаловедение, машиностроение. Сборник научных трудов под редакцией д.т.н., проф. Большакова В.И. - С. 213 верхний абзац, Днепропетровск, 2008 г.]. Недоліками вище наведеного технічного рішення є складність при послідовному виконанні зміцнення ґрунтів, так як окремі операції потребують певних змін в процесі роботи та зупинки деяких робіт до набуття певної міцності тужавіючого розчину, а це може вплинути на якість робіт, зменшення продуктивності праці, ускладенням ремонтно-відновлювальних робіт об'єктів, що експлуатуються. 1 UA 92124 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Відомий "Способ усиления оснований фундаментов", у якого з метою підвищення ефективності підсилення та зменшення розходу матеріалу, збільшення його працездатності в свердловині розміщують розширюючи вкладиші симетрично центральної вісі фундаменту, а заповнення свердловини тужавіючим розчином проводиться під відповідним тиском [див. Патент России № 2014392]. Недоліком даного "Способа усиления оснований фундаментов" є недосконалість процесу щодо виконання свердловини, так як для повного розширення свердловини необхідно розширюючи вкладиші протягувати (проштовхувати) повністю за межі граней фундаменту, а створена порожнина свердловини потребуватиме додатково значної кількості тужавіючого розчину, а також відсутня інформація відносно конструкції вкладишів розширювача та невідомо яким чином підводять розширюючи вкладиші під підошву фундаменту і подають тужавіючий розчин. Найближчим аналогом по сукупності ознак, до корисної моделі, що заявляється є "Спосіб керування креном та осіданням висотної споруди", який полягає в наступному - з метою збільшення керованості осіданням фундаменту в ґрунтових умовах бурять віялово розташовані лідерні свердловини під фундаментом зі сторони меншого осідання довжиною за його середину, які під тиском ваги споруди заповнюються проточним водонасиченим ґрунтом текучої консистенції, після цього відтиснений в лідерні свердловини залишковий водонасичений ґрунт видаляють на поверхню багаторазовою повторною проходкою колоною шнеків по лідерних свердловинах, що поступово призводить до осідання фундаменту та до зменшення нахилу споруди [див. Патент України № 42168, кл. Е 02 Д 35/00 дата публікації формули 30.01.2009. Бюл. № 12, 2009 p.]. Недоліком даного "Способу керування креном та осіданням висотної споруди" є неможливість зупинити осідання фундаменту внаслідок наявності водонасичених ґрунтів, зволожених штучно. В основу корисної моделі поставлена задача розробки способу підсилення ґрунтів основ після вирівнювання крену будівлі шляхом нагнітання високонапірної ін'єкції цементно-піщаної сухої суміші, так званої гарцовки, в залишки порожнин свердловин горизонтального вибурювання та в масив розпорошеного ґрунту під підошвою фундаменту після вирівнювання крену будівлі і на цій основі обезводнити водонасичені ґрунти за рахунок сухої суміші, що забезпечить зупинення осідання ґрунтів основ та створить зміцнений прошарок ґрунтоцементної плити і зменшить питому вагу споруди на ґрунти основ, створить сприятливі умови подальшої експлуатації будівлі. В основу запропонованого "Способу підсилення ґрунтів основ після вирівнювання крену будівлі" в якому за рахунок використання відомого "Способу керування креном та осіданням висотної споруди" запропоновано "Спосіб підсилення ґрунтів основ після вирівнювання крену будівлі" який би шляхом використання сухих сумішей забезпечував би обезводнення водонасичених ґрунтів, що використовувалося для розм'якшення, зменшення зчеплення між частками ґрунту, полегшення розробки свердловин в процесі вирівнювання крену, і на цій основі прискорювався б процес осідання частини будівлі, а після завершення вирівнювання крену в залишки порожнин свердловин горизонтального вибурювання та в масив розпорошеного ґрунту під підошвою фундаменту нагніталася б під значним тиском суха суміш, завдяки якій ґрунти основ обезводнювалися поглинанням вологи ґрунту сухою сумішшю. Поступово суха суміш поглине рештки води, зміцнить і створить ґрунтоцементну плиту. Ґрунтоцементна плита забезпечила б зниження питомої ваги будівлі на ґрунти основ, та зупинили б деформації осідання ґрунту і будівлі. Така дія забезпечила б сприятливі умови подальшої експлуатації будівлі. Поставлена задача вирішується таким чином. Необхідно використовуючи відомий "Спосіб керування креном та осіданням висотної споруди" і змінивши деякі технологічні процеси в певній послідовності їх виконання та забезпечивши взаємозв'язок існуючих механізмів з запропонованими елементами стає можливим створити такий "Спосіб підсилення ґрунтів основ після вирівнювання крену будівлі", який забезпечує обезводнення водонасичених ґрунтів шляхом використання сухих сумішей які поглинають воду, що використовувалася для розм'якшення, зменшення зчеплення між частками ґрунту, полегшення розробки свердловин в процесі вирівнювання крену для прискорення процесу осідання частини будівлі, а після завершення вирівнювання крену в залишки порожнин свердловин горизонтального вибурювання та масив розпорошеного ґрунту під підошвою фундаменту нагнітається ін'єктором направленої дії під значним тиском суха піщано-цементна суміш, завдяки якій ґрунти основ обезводнюються шляхом поглинання вологи ґрунту сухою сумішшю. Суха суміш поглине 2 UA 92124 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 рештки води, зміцниться і створить ґрунтоцементну плиту, яка зупинить процес осідання, знизить питому вагу будівлі на ґрунти основ та буде сприяти подальшій експлуатації будівлі. Після вирівнювання крену будівлі існуючи організаційно-технологічні підготовчі процеси тобто подовжені котловани, рейки, приводи для шнекової колони не розбираються. Заздалегідь виготовлені ін'єктори (кількість визначається технічними можливостями) відповідної довжини монтуються на переміщувані візки з існуючими приводами. Поряд встановлюється бетоннорозчинний вузол та компресорна станція. Після відповідної наладки, визначення необхідного співвідношення цементу та наповнювача, суміш ін'єктором подається в залишки порожнин свердловин, горизонтального вибурювання та в масив розпорошеного ґрунту під підошвою фундаменту нагнітається ін'єктором направленої дії під значним тиском суха піщано-цементна суміш. Суха суміш поглинає вологу і тужавіє. По існуючих рейках приводна система на візку перемішується в ті ж точки, в яких забезпечувалося свердління порожнин. Свердління порожнини забезпечується складеною буровою шнековою колоною подвійної дії, запатентованої автором, [Патент України № 33710, В 66С 23/60 опубл. 10.07.2008. Бюл. № 13, 2008 p.] з наконечником січної конічної форми та довжиною колони, рівною відстані від початку проходки до положення нейтральної точки. Шнекова колона подвійної дії забезпечує одночасно - руйнування масиву ґрунту, створення порожнини свердловини при горизонтальному бурінні та видалення надлишків ґрунту із порожнини свердловини шнеком, складеним із лопатей, які встановлені на штангах прямої і зворотної, забезпечених відповідним приводом. Протяжність порожнини свердловини та довжина її зволоження визначається положенням нейтральної точки. Положення нейтральної точки визначається тим місцем, де від'ємний знак осідання частини фундамента переходить у позитивний знак підйому іншої частини фундаменту або залишається в положенні спокою за розрахунком, як сума двох складових L  Lk  1 Lk , 3 де L k - довжина умовної консолі стрічкового або плитного фундаментів від зовнішньої їх грані до положення нейтральної точки. Після вирівнювання крену будівлі шнекові колони розбираються, а на їх місце встановлюються ін'єктори. Довжина ін'єктора рівнозначна довжині шнекової колони і визначається положенням нейтральної точки, тобто такої точки, де від'ємний знак осідання частини фундаменту переходить у позитивний знак підйому іншої частини фундаменту або залишається в положенні спокою. Приготовлена відповідного складу піщано-цементна суміш на пересувному бетоннорозчинному вузлі за допомогою компресора під відповідним тиском подається ін'єктором направленої дії в масив ґрунту. Ін'єктор представляє ствол порожнистої трубчатої конструкції циліндричної форми та наконечник порожнистий січний конічної форми з заглушкою, а по периметру наконечника по кільцевій поверхні не більше двох рядів є отвори, в які встановлені та жорстко закріплені під кутом патрубки - насадки орієнтованої дії, причому кут нахилу патрубків відносно горизонтальної осі ін'єктора не перевищує 15-20°, а робоча частина наконечника має заглушку для запобігання попаданню зволоженого ґрунту у ствол ін'єктора при його продавлюванні в масиві ґрунту. Патрубки-насадки розташовані по бокахз обох сторін та знизу, тобто суміш подається безпосередньо в активну частину ґрунтової товщі, що забезпечує обезводнення більшої частини ґрунтів та їх зміцнення. Суть винаходу пояснюється кресленнями де зображено, на: Фіг. 1 Загальний вигляд будівлі з креном, та після вирівнювання; Фіг. 2 Вигляд осідання частини будівлі з поступовою зміною форми порожнин свердловин від круглих до еліпсів. Вигляд по а-а; Фіг. 3 Вигляд будівлі з креном та положення нейтральної точки; Фіг. 4 Загальний вигляд ін'єктора; Фіг. 5 Вигляд ін'єктора. Переріз по б-б; Фіг. 6 Загальний вигляд бурової шнекової колони. Запропонований "Спосіб підсилення ґрунтів основ після вирівнювання крену будівлі" складається з таких послідовно виконуваних організаційно-технологічних процесів з використанням відповідних елементів та деталей: 1. ґрунти основ; 2. технологічний приямок; 3. горизонтальна свердловина; 3 UA 92124 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 4. крен будівлі; 5. вирівняна будівля; 6. ін'єктор; 7. технологічне устаткування; 8. фактичне положення будівлі; 9. положення частини будівлі після вирівнювання крену; 10. круглий отвір свердловини; 11. еліпс отвору після вирівнювання крену; 12. положення нейтральної точки; 13. ствол ін'єктора; 14. порожнина циліндричної форми; 15. порожнина січного конічного наконечника; 16. наконечник ін'єктора; 17. патрубки-насадки ін'єктора; 18. складена бурова шнекова колона подвійної дії; 19. забурник; 20. наголовник; 21. лопаті 22. штанга прямої дії; 23. штанга зворотної дії; 24. порушений ґрунт; 25. непорушений ґрунт. Умовні позначення: α - кут відхилення від вертикальної осі будівлі; β - кут відхилення від горизонту будівлі С - кут відхилення від горизонту насадки ін'єктора; В - ширина блок-секції L - довжина блок-секції; L3ax - захватка, робоча ширина вибурювання ln - довжина порожнини циліндричної форми; Іск - довжина січного конічного наконечника; Lk - відстань від зовнішньої грані фундамента до нейтральної точки (умовно консоль); 1/3Lk - бажана відстань додаткової розробки ґрунту за нейтральною точкою; Н - абсолютна величина осідання будівлі. Запропонований "Спосіб підсилення ґрунтів основ після вирівнювання крену будівлі" забезпечує виконання підсилення ґрунтів основ таким чином. До початку ремонтновідновлювальних робіт об'єктів які експлуатуються визначаються основні показники ґрунтів, величина крену, проводиться обстеження будівлі, обчислення виїмки необхідного ґрунту та відривається вподовж майбутніх робіт траншея. Далі визначаються місця першочерговості та послідовності виконання робіт, розбивають осі майбутніх проходів. Як базова монтажна конструкція використовується візок, на якому змонтовано привод для виконання бурових та зміцнюючих ґрунти основ робіт. Візок встановлений на рейки, які прокладені вздовж відритої траншеї, (умовно не показано). Бурові роботи виконуються складеною шнековою колоною подвійної дії - 18, в складі якої нижній буровий елемент забурник - 19, верхній буровий елемент наголовник - 20. В якості робочих органів лопаті - 21, які розпорошують та видаляють ґрунт із порожнин свердловин одночасно завдячуючи шнековій колоні - 18. Приводи для горизонтального свердління - 3 встановлені на візок в технологічному приямкові - 2. Завдяки спеціальній конструкції складеної бурової шнекової колони подвійної дії - 18 автор Галушко В.О. (патент України 33710 кл. В 66 С 23/60 опубл. 10.07.2008. Бюл. № 13, 2008 p.) забезпечується нижнім буровим елементом забурником - 18, 19 розпорошення ґрунту, а верхнім буровим елементом наголовником - 20 видалення ґрунту із порожнини свердловин завдяки наявності штанг прямої та зворотної дії - 22, 23, з'єднаних з приводом. Обертання штанг - 22, 23 забезпечується одночасно в різні протилежні сторони. В процесі виїмки попередньо зволоженого ґрунту проводиться постійний моніторинг та контроль стану будівлі. Після вирівнювання крену будівлі - 4, 5, 8, 9 в розпорошені ґрунти - 1 та залишки порожнин 10, 11 горизонтальних свердловин - 3 за допомогою того ж таки технологічного устаткування - 7 (умовно не показано) вдавлюється ін'єктор - 6 в масив ґрунтів. При цьому вдавлювання 4 UA 92124 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ін'єктора - 6 забезпечується з заповненою порожниною піщано-цементної суміші, для запобігання заповненню порожнини ін'єктора ґрунтовою масою. Розрахункова кількість води для зволоження ґрунтового масиву, довжина складеної шнекової колони подвійної дії - 18 визначається положенням нейтральної точки - 12, яка визначається точкою, в якій від'ємний знак осідання частини фундаменту переходить у позитивний знак підйому іншої частини фундаменту, або залишається в положенні спокою. На основі відповідних теоретичних передумов загальна довжина свердління масиву ґрунту складається як сума із двох складових Lk  1 Lk , 3 тобто L k - довжина умовної консолі стрічкового або плитного фундаментів визначена положенням нейтральної точки - 12, показник 1 - це перевищення за межі довжини умовної 3 консолі, тобто за межі нейтральної точки - 12. На цій основі визначається і загальна довжина ін'єктора - 6, за допомогою якого під значним тиском подається суха піщано-цементна суміш, яка заздалегідь готується в комплексі бетоннорозчинного вузла та подається під значним тиском компресором (умовно не показано). Суха піщано-цементна суміш відбирає та поглинає надлишки вологи водонасичених ґрунтів, зупиняє осідання будівлі, що забезпечує тужавіння суміші та зумовлює подальшу спільну роботу зміцнених ґрунтів та фундамента будівлі. Ін'єктор - 6 представляє ствол - 13 з порожниною трубчатої форми у вигляді порожнини циліндричної форми - 14 та порожнини зрізаного конічного наконечника - 15 з наконечником – 16, на яких по кільцевій поверхні є крізні отвори не більше двох рядів, в які встановлені та жорстко закріплені під кутом патрубки насадки ін'єктора - 17 орієнтованої дії, а кут - С нахилу патрубків насадків ін'єктора - 17 співпадає з робочим напрямком руху ін'єктора - 6 та не 0 перевищує (15-20) відносно горизонтальної осі ін'єктора- 6, 13, 14, 15,16. Патрубки - 17 розташовані по боках та знизу ін'єктора, забезпечуючи орієнтовано направлену подачу суміші в заданих напрямках. Після закачки необхідної сухої піщано-цементної суміші, так званої гарцовки яка проникає як в порушений - 24, так і непорушений ґрунт - 25 тужавіє і забезпечує спільну роботу зміцнених ґрунтів основ - 1, ін'єктор - 6 витягується та переміщається на іншу точку. Процес іде без зупину, доки весь масив зруйнованого ґрунту не буде заповнений сухою піщано-цементною сумішшю. Далі елементи пристроїв розбираються, очищаються від ґрунту, змазуються та перевозяться в інше місце роботи або на склад для зберігання. Обслуговують механізми, які використовують для підсилення ґрунтів основ після вирівнювання крену будівлі - троє робітників - механік, 2 будівельника. Запропонований "Спосіб підсилення ґрунтів основ після вирівнювання крену будівлі" має наступні переваги: • допускається використання одних і тих же механізмів та пристроїв як при вибурюванні порожнини, так і для занурення в масив ґрунту ін'єктора; • забезпечується комплексне виконання бурових та подача сухих піщано-цементних сумішей без додаткових підготовчих робіт; • забезпечується поточний контроль деформації ґрунтів основ та їх припинення шляхом подачі сухих піщано-цементних сумішей у відповідний час; • забезпечується додаткове зміцнення ґрунтів основ після вирівнювання крену будівлі; • зменшуються витрати на підготовчі роботи; • прискорюється виконання зміцнення ґрунтів основ; • визначається поняття нейтральної точки та подається визначення довжини вибурювання порожнини свердловини як сума двох складових на основі яких встановлюється робоча довжина бурової колони і ін'єктора; • забезпечується зміцнення ґрунтів основ у відповідному напрямкові, завдячуючи відповідній орієнтації патрубків - насадок ін'єктора; • використання сухих піщано-цементних сумішей є доцільним так як нема потреби після виконання робіт вишукувати спосіб очищення трубопроводів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 1. Спосіб підсилення ґрунтів основ після вирівнювання крену будівлі, що включає інженерногеологічні вишукування, лабораторні дослідження ґрунтів основ, установку та прив'язку на місцевості відповідних геодезичних знаків, геодезичний контроль процесу вирівнювання крену, 5 UA 92124 U 5 10 15 20 спостереження за прилеглими будівлями, визначають відповідний кут суміжності нахилу відносно вертикалі та вирівнювання відносно горизонту, оцінюють необхідний надлишковий об'єм ґрунту, що належить виїмці для осадки відповідної частини об'єкта, який відрізняється тим, що після виїмки зволоженого ґрунту із горизонтальних свердловин під підошвою фундаменту і вирівнювання споруди забезпечується зміцнення ґрунтів основ шляхом нагнітання сухої цементно-піщаної суміші так званої гарцовки під тиском в розпорошений масив ґрунту. 2. Спосіб підсилення ґрунтів основ після вирівнювання крену будівлі за п. 1, який відрізняється тим, що суха цементно-піщана суміш, тобто обезводнена так звана гарцовка нагнітається в порожнини свердловин горизонтального вибурювання порушеного масиву ґрунтів за допомогою ін'єкторів, а їх довжина визначається відстанню від початку проходки до положення нейтральної точки. 3. Спосіб підсилення ґрунтів основ після вирівнювання крену будівлі за п. 2, який відрізняється тим, що ін'єктор представляє ствол порожнистої трубчатої конструкції циліндричної форми та наконечник порожнистий зрізаної конічної форми, а по периметру наконечника по кільцевій поверхні не більше двох рядів є отвори, в які встановлені та жорстко закріплені під кутом патрубки насадки орієнтованої дії, причому кут нахилу патрубків відносно горизонтальної осі ін'єктора не перевищує 15-20°, а робоча частина наконечника має заглушку для запобігання попаданню зволоженого ґрунту у ствол ін'єктора при його продавлюванні в масиві ґрунту. 4. Спосіб підсилення ґрунтів основ після вирівнювання крену будівлі за п. 3, який відрізняється тим, що положення нейтральної точки визначається геодезичним контролем і відповідає переходу від'ємного знака осідання у позитивний знак підйому іншої частини фундаменту (будівлі). 6 UA 92124 U 7 UA 92124 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8