Спосіб закріплення ґрунтів

1. Спосіб закріплення ґрунтів, який включає руйнування структури ґрунту по всій відстані закріплення ґрунтової товщі без виносу ґрунту на поверхню з одночасним механічним перемішуванням зруйнованого ґрунту з закріплюючим розчином з подальшим тужавленням і твердінням суміші з утворенням армуючих елементів, який відрізняється тим, що руйн ування структури ґрунту вико U 2 (19) 1 3 39173 Найбільш близьким за технічною суттю і технічним результатом, що досягається, до способу, що заявляється, є спосіб закріплення ґрунтів, який включає руйнування структури ґрунту по всій відстані закріплення ґрунтової товщі без виносу ґрунту на поверхню з одночасним механічним перемішуванням зруйнованого ґрунту з закріплюючим розчином з подальшим тужавленням і твердінням суміші з утворенням армуючих елементів [див. Крисан В.И. Струйное и смесительно-струйное закрепление грунтов. Инновационные технологии диагностики, ремонта и восстановления объектов строительства и транспорта. Сб. научных трудов ПГАСА-Д.с. 132-136]. Руйнування природної структури зв'язних ґрунтів здійснюють гідродинамічним способом за допомогою напірного струменя закріплюючого розчину з використанням гідромонітору. При цьому зруйнований ґрунт частково перемішується з закріплюючим розчином. Суміш зруйнованого ґрунту та закріплюючого розчину додатково перемішують механічним способом за допомогою спеціального механічного пристрою.. Всі ці процеси - руйнування структури ґрунту напірним струменем закріплюючого розчину, його перемішування із зруйнованим ґрунтом та додаткове перемішування механічним способом здійснюються одночасно. Гідромонітор для утворення напірного струменя для руйнування структури ґрунту та пристрій для додаткового механічного перемішування ґрунтоцементної суміші прикріплюють до бурових штанг бурової установки, за допомогою якої виконується тільки вертикальна проходка на проектну глибину шляхом обертання гідромонітору і механічного пристрою для додаткового перемішування суміші та осьового переміщення колони бурових штанг в напрямках вниз-вверх. Після тужавлення і твердіння суміші в товщі ґрунту, який необхідно закріпити, утворюється ґрунтоцементний елемент високої міцності та жорсткості. Відомий спосіб закріплення ґрунтів ефективний в капітальному будівництві при підготовці основ нових будов шля хом утворення вертикальних несучих конструкцій або армуючих елементів і мало ефективний або зовсім непристосований для реконструкції будівель та споруд, і особливо при захисті від деформацій пошкоджених будівель. Це пояснюється таким. Для одночасного руйнування природної структури ґрунту та перемішування ґрунту з закріплюючим розчином гідродинамічним напірним струменем необхідно забезпечити високу кінетичну енергію струї, для чого потрібний достатньо великий тиск та витрати води, як для утворення розчину, так і для забезпечення високої кінетичної енергії. При витрачанні великої кількості води у процесі закріплення ґрунтів додатково суттєво зволожуються ґрунти основ фундаментів, що може призвести до додаткових нерівномірних осідань та виникнення або посилення існуючих де формацій будівель або споруд, чим знижується ефективність використання відомого технічного рішення або унеможливлюється взагалі його використання, наприклад, при захисті від деформацій пошкодже 4 них будинків на просідних, карстових та інших структурно нестійких ґрун тах, які дуже чутливі до надмірного зволоження. Крім того, для реалізації відомого технічного рішення потрібні розчинонасоси високого тиску, шланги та те хнологічна оснастка, які витримують високий тиск, що робить використання відомого способу дорогим та складним. До того ж, відоме технічне рішення не забезпечує можливість утворення ґрунтоцементних армуючих елементів в похилому або горизонтальному напрямках, оскільки відомий спосіб передбачає використання для руйнування структури ґрунту та часткового перемішування ґрунту з закріплюючим розчином гідромонітору, призначеного для роботи тільки у вертикальному напрямку. У зв'язку з цим відомий спосіб не може бути використаний для реконструкції будівель та споруд та при захисті від деформацій пошкоджених будівель. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу закріплення ґрунтів, в якому за рахунок нових умов виконання відомих операцій забезпечується розширення функціональних можливостей способу, а саме забезпечується можливість утворення армуючих елементів в різних напрямках - в вертикальному, похилому або горизонтальному для закріплення ґрунтів любої категорії, в тому числі лесових просідних, закарстованих і інши х структурно стійких та нестійких ґрунтів, що дозволяє використовувати заявлений спосіб не тільки в капітальному будівництві, а й при реконструкції об'єктів та при захисті пошкоджених будівель від де формацій. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі закріплення ґрунтів, який включає руйнування структури ґрунту по всій відстані закріплення ґрунтової товщі без виносу ґрунту на поверхню з одночасним механічним перемішуванням зруйнованого ґрунту з закріплюючим розчином з подальшим тужавленням і твердінням суміші з утворенням армуючих елементів, новим, згідно корисної моделі, що заявляється, є те, що руйнування структури ґрун ту виконують механічним способом шляхом різання структури ґр унту обертанням та осьовим переміщенням по товщі ґрунту бурозмішувача, через отвори якого подають закріплюючий розчин та одночасно перемішують його зі зруйнованим ґрунтом. Новим є також те, що для вертикального або похилого закріплення ґрунтів механічне руйнування структури ґрунту різанням та одночасне перемішування зруйнованого ґрунту з закріплюючим розчином виконують під кутом a=0-30° до вертикальної осі. Новим є також те, що для горизонтального закріплення ґрунтів механічне руйнування структури ґрунту різанням та одночасне перемішування зруйнованого ґрунту з закріплюючим розчином виконують в горизонтальному напрямку по всій довжині закріплення ґрунтового масиву. Між сукупністю суттєвих ознак корисної моделі, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, є такий причинно-наслідковий зв'язок. Нові умови виконання відомих операцій в заявленому способі, а саме виконання руйнування структури ґрунту механічним способом шляхом 5 39173 різання структури ґрунту обертанням та осьовим переміщенням по товщі ґрунту бурозмішувача, через отвори якого подають закріплюючий розчин та одночасно перемішують його зі зруйнованим ґрунтом, у сукупності з відомими ознаками способу забезпечують розширення функціональних можливостей способу, а саме дозволяють утворювати армуючі елементи в різних напрямках-в вертикальному, похилому або горизонтальному та закріплювати ґрунти любої категорії, як стійкі, так і структурно нестійкі ґрунти, що дозволяє використовува ти заявлений спосіб не тільки в капітальному будівництві, а й при реконструкції об'єктів та при захисті пошкоджених будівель від деформацій. Виконання руйнування структури ґрунту механічним способом шляхом різання структури ґрунту обертанням та осьовим переміщенням по товщі ґрунту бурозмішувача, через отвори якого подають закріплюючий розчин та одночасно перемішують його зі зруйнованим ґрунтом, в порівняні з гідродинамічним руйнуванням структури ґрунту напірним струменем суттєво зменшує витрати води, що значно знижує можливість зволоження ґрунтів основ при їх підсиленні в процесі реконструкції. Це особливо важливо при захисті від деформацій пошкоджених будівель шляхом закріплення ґрунтів основ. Крім того, при механічному руйнуванні використовують розчинонасоси тиском до 0,8МПа, тоді як при гідродинамічному - не менше 5МПа, що значно спрощує технологічний процес, та знижує вартість закріплення ґрунтів. Для вертикального або похилого закріплення ґрунтів механічне руйнування структури ґрунту різанням та одночасне перемішування зруйнованого ґрунту з закріплюючим розчином виконують під кутом a=0-30° до вертикальної осі. Це забезпечує можливість виконання вертикальних армуючих елементів для закріплення ґрунтів при капітальному будівництві (a = 0 до вертикальної осі), а також похилих армуючих елементів для закріплення ґрунтів в процесі реконструкції та при захисті від деформацій пошкоджених будівель (а не перевищує 30° до вертикальної осі). Можливість закріплення ґрунтів в похилому напрямку дозволяє виконувати всі роботи без відселення людей та зупинки експлуатації об'єктів. Виконання армуючих елементів під кутом більше 30° до вертикальної осі недоцільно, оскільки призводить до необґрунтованого зростання витрат на закріплення ґрунтів. Для горизонтального закріплення ґрунтів механічне руйнування структури ґрунту різанням та одночасне перемішування зруйнованого ґрунту з закріплюючим розчином виконують в горизонтальному напрямку по всій довжині закріплення ґрунтового масиву. Це також забезпечує можливість виконання армуючих елементів для закріплення ґрунтів в процесі реконструкції та при захисті від деформацій пошкоджених будівель. Можливість закріплення ґрунтів в горизонтальному напрямку, по-перше, дозволяє виконувати всі роботи без відселення людей та зупинки експлуатації об'єктів, тому що роботи виконуються не в приміщеннях, а в траншеях або котлованах, від 6 ритих за межами об'єктів, а по-друге, забезпечує вибірне пошарове закріплення слабких ґрунтів основ фундаментів, не втручаючись у шар ґрунтів з достатньою несучою спроможністю, розташований вище закріплюваного шару. Суть заявленого способу закріплення ґрунтів пояснюється фігурами, де на Фіг.1 показана технологічна схема закріплення зв'язних ґрунтів у вертикальному напрямку, на Фіг.2 - у похилому напрямку, на Фіг.3 - в горизонтальному напрямку. Технологічна схема реалізації заявленого способу містить буровий верстат 1, обладнаний порожнистими штангами 2, які з'єднуються в колону, бурозмішувачем 3, в якому виконані прорізі і отвори, та вертлюгом 4, який забезпечує подачу закріплюючого розчину до бурозмішувачаЗ, для утворення армуючих елементів 5. Буровий верстаті через вертлюг 4 з'єднаний через розчинонасос 6 з розчиномішалкою 7 гнучкими рукавами 8 (див. Фіг.1, 2, 3). Технологічна схема закріплення ґрунтів в горизонтальному напрямку додатково містить котлован 9, виконаний поздовж будівлі (див. Фіг.3). Закріплення ґрунтів в вертикальному та похилому напрямках здійснюють таким чином. За допомогою бурового верстату 1 вертикального або похилого буріння, обладнаного порожнистими штангами 2, бурозмішувачем 3, в якому виконані прорізі і отвори, та вертлюгом 4, який забезпечує подачу закріплюючого розчину до бурозмішувачаЗ, виконуються вертикальні (див. Фіг.1) або похилі (див. Фіг.2) армуючі елементи 5. При обертанні бурозмішувач 3 руйнує стр уктур у ґрунту в вертикальному (a=0 до вертикальної осі) або похилому (a не перевищує 30° до вертикальної осі) напрямках та одночасно перемішує зруйнований ґрунт із закріплюючим розчином, наприклад цементним, який поступає в бурозмішувач 3 за допомогою розчинонасоса 6 із розчиномішалки 7 по гнучким рукавам 8 через вертлюг 4 та порожнисті штанги 2. Одночасний процес руйнування ґрунту, подача закріплюючого розчину в зону руйн ування ґрунту та їх перемішування виконують по всій глибині закріплення ґрунтової товщі шля хом осьового переміщення колони штанг в напрямку „зверхувниз”. Після досягнення проектної глибини бурозмішувач 3 піднімають уверх, продовжуючи його обертання для додаткового надійного перемішування суміші закріплюючого розчину та зруйнованого ґрунту. Після тужавлення та твердіння суміші в товщі ґрунту утворюється вертикальний або похилий елемент 5, наприклад ґрунтоцементний, високої міцності та жорсткості, який не розмокає у воді. При цьому вертикальні армуючі елементи 5 (Фіг.1) виконують для закріплення ґрунту при капітальному будівництві, а похилі армуючі елементи під кутом до 30° до вертикальної осі (Фіг.2) виконують для закріплення ґрунтів в процесі реконструкції та при захисті від деформацій пошкоджених будівель. Закріплення ґрунтів в горизонтальному напрямку (див. Фіг.3) виконують наступним чином. Поздовж споруджуваної або існуючої будівлі, яка в процесі експлуатації здобула деформацій, напри 7 39173 клад, від нерівномірного замочування ґрунту основи під фундаментами, яким необхідно забезпечити стабілізацію подальших осідань та припинити деформації будівель, виконують котлован 9 на глибину утворення першого ряду армуючих елементів 5. Для утворення наступного ряду армуючих елементів 5 глибину котловану поетапно збільшують. Кількість рядів армуючих елементів визначається необхідністю підсилення основи деформованої будівлі або забезпеченням несучої спроможності основи запроектованої будівлі. На дні котловану 9 на рейкових шляха х монтують бурові верстати 1 горизонтального буріння ґрунту, які так само оснащенні аналогічними технологічним обладнанням та застосовуються ті ж самі механізми, що і при вертикальному або похилому закріпленні ґрунтів. Різниця полягає в тому, що руйн ування структури ґрунту бурозмішувачем 3 та одночасне перемішування зруйнованого ґрунту тим же бурозмішувачем 3 з закріплюючим розчином виконують в горизонтальному напрямку по всій довжині закріплення ґрунтового масиву з утворенням горизонтальних армуючих елементів 5 (Фіг.3). Заявлений спосіб був випробуваний в експериментально-дослідних роботах для закріплення різних ґрунтів в різних напрямках на різних об'єк 8 тах з достатньо хорошим результатом. Причому спосіб успішно був випробуваний як для підготовки основ нового будівництва, так і для підсилення основ закріпленням ґрунтів при реконструкції будівель та для стабілізації деформацій пошкоджених об'єктів. В останньому випадку роботи по підсиленню ґрунтів можуть виконуватися без зупинки виробництва та відселення мешканців пошкодженої будівлі. Таким чином, заявлений спосіб забезпечує розширення функціональних можливостей способу, а саме забезпечує можливість утворення армуючих елементів в різних напрямках-в вертикальному, похилому або горизонтальному для закріплення ґрунтів любої категорії, в тому числі лесових просідних, закарстованих і інших стр уктурно стійких та нестійких ґрунтів, що дозволяє використовувати заявлений спосіб не тільки в капітальному будівництві, а й при реконструкції об'єктів та при захисті пошкоджених будівель від деформацій. Заявлений спосіб закріплення ґрунтів здійснюють на загальновідомому устаткуванні з використанням відомих матеріалів і засобів, що підтверджує промислову придатність об'єкта. 9 Комп’ютерна в ерстка Н. Лисенко 39173 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601