Спосіб зміцнення грунту в основі будівлі або споруди

Винахід відноситься до будівництва, зокрема до зміцнення ґрунту шляхом введення твердіючих речовин на основі цементно-силікатних розчинів і може бути використано для зміцнення ґрунту в основі будівлі або споруди при аварійно-відновних роботах для підвищення його несучої здатності. З рівня техніки відомий близький по технічній суті спосіб зміцнення ґрунту в основі будівлі або споруди, що включає буріння свердловин на розрахункову глибину, приготування закріплюючої композиції на основі цементного розчину і нагнітання закріплюючої композиції в свердловини під тиском, згідно з яким, приготування закріплюючої композиції на основі цементного розчину ведуть з додаванням рідкого скла при безперервному перемішуванні в співвідношенні цементу, води і рідкого скла 1:1:0,1 (у ваг. %) в два прийоми, спочатку змішують 100% розрахункової кількості води і 30-50% розрахункової кількості рідкого скла, а потім в одержану суміш додають 100% розрахункової кількості цементу і решту частини рідкого скла, нагнітання закріплюючої композиції в свердловини ведуть під тиском 0,5-0,7МПа, а свердловини бурять діаметром 40-50мм ["Спосіб закріплення ґрунту" U A 8054А (ТОВ НВЦ "Тіон", UA) 26.12.1995, аналог]. При цьому способі забезпечується ламінарний рух при нагнітанні закріплюючої композиції в свердловини і підвищується її проникаюча здатність в ґрунт, внаслідок чого досягається збільшення радіусу ін'єктування закріплюючої композиції і підвищується міцність тампонажного каменя в основі будівлі або споруди. Проте цей спосіб складний у використовуванні, оскільки приготування закріплюючої композиції роблять в два прийоми. Крім того, значна частина пустот в масиві залишається не заповненою закріплюючою композицією. Викликано це тим, що між закріплюючою композицією, що нагнітається, і масивом утворюється плівка, ізолююча частини пустот від проникнення закріплюючої композиції. З рівня техніки також відомий близький по технічній суті спосіб зміцнення ґрунту в основі будівлі або споруди, що включає буріння на необхідну глибину свердловин, приготування закріплюючої композиції на основі цементних розчинів комбінованої дії і нагнітання закріплюючої композиції в свердловини під тиском, згідно з яким, приготування закріплюючого цементного розчину ведуть з додаванням добавокстабілізаторів (рідке скло, бентонітова глина, алюмінат натрію, синтетичні смоли і інші) в співвідношенні цемент:добавка - 1:(0,1-0,2) (у вагових пропорціях) і необхідної кількості води до утворення цементногелієвої закріплюючої композиції, яку при постійному перемішуванні за 1-1,5 години закачують в свердловини під тиском 0,3-0,4МПа, при цьому свердловини бурять малого діаметру ["Спосіб закріплення ґрунту" U A 47181А (ТОВ НВЦ "АнТіон", U A) 17.06.2002, аналог]. При цьому способі створюються сприятливіші умови проникнення в пустоти ґрунту цементно-гелієвої закріплюючої композиції, оскільки не утворюється плівка між згаданою закріплюючою композицією і масивом, внаслідок чого збільшується об'єм омоноліченого масиву в основі будівлі або споруди. Обумовлено це новою формою зв'язків частинок в цементно-гелієвій закріплюючій композиції, при яких відбувається інтенсивне відведення фільтрату продуктів взаємодії гідратації і добавок-стабілізаторів. Проте, у зв'язку з тим, що при цьому способі свердловини бурять без заглиблення під укріплювану основу будівлі або споруди, тому створені окремі стовбчасті зміцнюючі елементи не забезпечують високу міцність омоноліченого масиву в основі будівлі або споруди. З рівня техніки також відомий близький по технічній суті спосіб зміцнення ґрунту в основі будівлі або споруди, що включає прогнозування і руйнування області порід енергією високонапірного струменя закріплюючої композиції, перемішування його із зруйнованими породами і подальше затвердіння, згідно з яким заздалегідь перед руйнуванням прогнозованої області порід її розвантажують шляхом виконання в ній свердловин, які потім армують металевою арматурою ["Спосіб струминного омонолічення слабких порід" UA 61349А (Національний гірничий університет, UA) 17.11.2003, аналог]. Після отвердіння закріплюючої композиції в свердловинах формуються армовані стовбчасті зміцнюючі елементи, внаслідок чого підвищується міцність останніх. Проте при цьому способі свердловини бурять без заглиблення під укріплювану основу будівлі або споруди, а армуюча металева арматура не зв'язується між собою в каркасну систему, внаслідок чого не забезпечується суттєве підвищення міцності омоноліченого масиву в основі будівлі або споруди. З рівня техніки також відомий найближчий по технічній суті, результату, що досягається, і кількості загальних ознак спосіб зміцнення ґрунту в основі будівлі або споруди, що включає буріння вертикальних і похилих свердловин в ґрунті, приготування закріплюючої композиції на основі водного розчину цементу і рідкого скла, нагнітання закріплюючої композиції у вертикальні і похилі свердловини під тиском з гідравлічним розривом ґрунту і витримку до затвердіння закріплюючої композиції ["Спосіб закріплення ґрунту" RU 2103441 С1 (Голованов A.M., Пашков В.И.) 27.01.1998, найближчий аналог-прототип]. Спочатку бурять вертикальні свердловини, а потім нагнітають в них закріплюючу композицію під тиском з гідравлічним розривом ґрунту на глибину від дна свердловин до підошви основи будівлі або споруди. Після цього роблять витримку до набору закріпленим масивом ґрунту міцності не менше 3кг/см 2 у разі нагнітання закріплюючої композиції, що активно реагує з ґр унтом, і не менше 20кг/см 2 у разі нагнітання в них самотвердіючої закріплюючої композиції. Потім бурять похилі свердловини, осі яких перетинаються або схрещуються під фундаментом або його елементами, і нагнітають в них закріплюючу композицію під тиском з гідравлічним розривом ґрунту на глибину від дна свердловин до підошви основи будівлі або споруди. При цьому вертикальні і похилі свердловини бурять по всьому периметру або уздовж довгих сторін основи будівлі або споруди. Цей спосіб дозволяє сформувати під всією основою будівлі або споруди єдиний закріплений масив ґрунту. За рахунок цього досягається рівноміцне закріплення ґрунту під основою будівлі або споруди. Проте при цьому способі нагнітання у вертикальні і похилі свердловини закріплюючої композиції під тиском з гідравлічним розривом ґрунту роблять тільки на глибину від дна свердловин до підошви основи будівлі або споруди. Це зменшує глибину ін'єктування, внаслідок чого знижується об'єм тампонажного каменя, міцність і експлуатаційна надійність укріпленого ґрунту в основі будівлі або споруди. Крім того, при експлуатації укріпленого ґрунту в основі будівлі або споруди в результаті осідання будови або те хногенної дії на його основу відбувається зсув пластів, утворення тріщин, втрата цілісності, міцності і у результаті експлуатаційної надійності укріпленого в основі будівлі або споруди ґрунту. Викликано це тим, що у відомому способі не передбачено формування у вертикальних і похилих свердловинах і над ними каркасної конструкції із зміцнюючих елементів. Технічною задачею, на рішення якої направлений винахід, є удосконалення способу зміцнення ґрунту в основі будівлі або споруди шляхом додаткового формування у вертикальних і похилих свердловинах і над ними каркасної конструкції із зміцнюючих елементів забезпечити зниження тріщиноутворення і підвищення міцності укріпленого ґрунту. Технічним результатом, який досягається від використовування винаходу, є підви щення експлуатаційної надійності укріпленого ґрунту. Поставлена технічна задача вирішується, а технічний результат досягається тим, що в способі зміцнення ґрунту в основі будівлі або споруди, що включає буріння вертикальних і похилих свердловин в ґрунті, приготування закріплюючої композиції на основі водного розчину цементу і рідкого скла, нагнітання закріплюючої композиції у вертикальні і похилі свердловини під тиском з гідравлічним розривом ґрунту і витримку до отвердіння закріплюючої композиції, згідно винаходу, нагнітання закріплюючої композиції у вертикальні і похилі свердловини під тиском з гідравлічним розривом ґрунту ведуть на повну їх глибину, потім в згадані свердловини встановлюють металеву арматуру, хвостовики якої сполучають між собою металевими стяжками в армуючі каркаси за допомогою зварювання, а зверху армуючи х каркасів роблять бетонування оголовка, після чого роблять витримку до отвердіння закріплюючої композиції і бетону. Приведені ознаки винаходу є суттєвими, оскільки в сукупності достатні для вирішення технічної задачі і досягнення технічного результату, а кожен окремо необхідний для ідентифікації способу, що заявляється. Ця сукупність загальних і основних відмінних від прототипу суттєви х ознак, якими характеризується вдосконалений спосіб, невідома з рівня техніки, є новою і достатньою для всіх випадків, на які розповсюджується об'єм правового захисту. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак способу, зокрема відмітних при їх взаємодії із загальними ознаками, в рішенні поставленої технічної задачі і досягненні технічного результату, полягає в наступному. Нагнітання закріплюючої композиції у вертикальні і похилі свердловини під тиском з гідравлічним розривом ґрунту на повну їх глибину збільшує глибину ін'єктування, внаслідок чого збільшується об'єм тампонажного каменя, міцність і експлуатаційна надійність укріпленого ґрунту. Установка в згадані свердловини металевої арматури і з'єднання її хвостовиків між собою металевими стяжками в армуючі каркаси за допомогою зварювання забезпечує формування у вертикальних і похилих свердловинах і над ними каркасної конструкції із зміцнюючих елементів, що знижує тріщиноутворення і підвищує міцність укріпленого ґрунту. А бетон ування зверху армуючих каркасів оголовка утворює над армуючими каркасами і всіма свердловинами міцної армованої монолітної плити, що також знижує тріщиноутворення і підвищує міцність укріпленого ґрунту. За рахунок цього суттєво підвищується експлуатаційна надійність укріпленого ґрунту в основі будівлі або споруди. Спосіб має і додаткові відмітні ознаки, які характеризують його в окремих випадках виконання і використовуються для поліпшення технічного результату. У способі зміцнення ґрунту в основі будівлі або споруди, згідно винаходу, вертикальні свердловини бурять на відстані l1=0,6-0,8м від основи будівлі або споруди завглибшки h1=1,5-2,5м з кроком t=0,7-0,9м. Приведений діапазон вибору геометричних параметрів вертикальних свердловин (l1=0,6-0,8м, h1=1,52,5м, t=0,7-0,9м) визначений дослідним шляхом і є оптимальним для цього способу. При виборі геометричних параметрів вертикальних і похилих свердловин з приведеного діапазону забезпечується таке розташування стовбчастого тампонажного каміння по периметру основи будівлі або споруди, при якому досягається оптимальне поєднання об'єму і міцності укріплюваного ґрунту і витрати закріплюючої композиції, металевої арматури і бетону. Вибір геометричних параметрів вертикальних свердловин (l1, h1, t) менше нижньої межі (l1=0,6м, h1=1,5м, t=0,7м) не доцільний у зв'язку з тим, що при цьому знижується об'єм і міцність укріплюваного ґрунту. Вибір геометричних параметрів вертикальних свердловин (l1, h1, t) більше верхньої межі (l1=0,8м, h1=2,5м, t=0,9м) також не доцільний у зв'язку з тим, що при цьому збільшуються витрати закріплюючої композиції, металевої арматури і бетону без суттєвого підвищення міцності укріплюваного ґрунту. У способі зміцнення ґрунту в основі будівлі або споруди, згідно винаходу, похилі свердловини бурять на відстані І2=0,9-1, їм від вертикальних свердловин завглибшки h2=3,5-4,0 м в проміжках між вертикальними свердловинами під кутом a=50-70° до горизонтальної площини із заглибленням під основу будівлі або споруди. Приведений діапазон вибору геометричних параметрів похилих свердловин (l2=0,9-1,1м, h2=3,5-4,0м, a=50-70°) визначений дослідним шляхом і є оптимальним для цього способу. При виборі геометричних параметрів вертикальних і похилих свердловин з приведеного діапазону забезпечується таке розташування похилого тампонажного каміння по периметру основи будівлі або споруди, при якому досягається оптимальне поєднання об'єму і міцності укріплюваного ґрунту і витрати закріплюючої композиції, металевої арматури і бетону. Вибір геометричних параметрів похилих свердловин (І2, h2, a) менше нижньої межі (l2=0,9м, h2=3,5м, a=50°) не доцільний у зв'язку з тим, що при цьому знижується об'єм і міцність укріплюваного ґрунту. Вибір геометричних параметрів похилих свердловин (l2, h2 , a) більше верхньої межі (l2=1,1м, h2=4,0м, a=70°) також не доцільний у зв'язку з тим, що при цьому збільшуються витрати закріплюючої композиції, металевої арматури і бетону без суттєвого підвищення міцності укріплюваного ґрунту. У способі зміцнення ґрунту в основі будівлі або споруди, згідно винаходу, буріння вертикальних і похилих свердловин проводять в два етапи, при цьому на першому етапі бурять на глибину h 3=0,9-1,1м за допомогою перфоратора, а на другому етапі бурять на глибину, що залишилася, за допомогою електросвердла. Буріння вертикальних і похилих свердловин в два етапи дозволяє на першому етапі робити ефективну проходку верхнього шару ґрунту з твердими кам'янистими включеннями перфоратором на глибину h3=0,91,1м, а на другому етапі на глибину, що залишилася, робити економічну проходку однорідного глинистого нижнього шару ґрунту, що не містить твердих кам'янистих включень, електросвердлом. Глибина h3=0,9-1,1м буріння вертикальних і похилих свердловин на першому етапі за допомогою перфоратора обумовлена дослідними даними по глибині залягання у верхньому шарі ґрунту твердих кам'янистих включень. У способі зміцнення ґрунту в основі будівлі або споруди, згідно винаходу, готують закріплюючу композицію на основі водного розчину цементу і рідкого скла ведуть в співвідношенні цементу, води і рідкого скла 1:1:(0,14-0,16) (у ваг. %). Прийняте співвідношення цементу, води і рідкого скла 1:1:(0,14-0,16) (у ваг. %) визначено дослідним шляхом і визначає оптимальне співвідношення компонентів закріплюючої композиції для забезпечення високої міцності тампонажного каменя в поєднанні з низькою вартістю закріплюючої композиції. Співвідношення цементу і води 1:1 є загальновідомим і загальноприйнятим, а додавання в їх склад 0,14-0,16 рідкого стекла визначене дослідним шляхом. Вибір кількості рідкого скла менше 0,14 не доцільний, оскільки при такому співвідношенні зменшується кількість фільтрату, підвищується в'язкість і знижується проникаюча здатність закріплюючої композиції, зменшується радіус ін'єктування ґрунту і знижується міцність тампонажного каменя. Вибір кількості рідкого скла більше 0,16 також не доцільний, оскільки при такому співвідношенні значно підвищується вартість закріплюючої композиції без суттєвого підвищення міцності тампонажного каменя . У способі зміцнення ґрунту в основі будівлі або споруди, згідно винаходу, вертикальні і похилі свердловини бурять діаметром d=35-39мм. Приведений діапазон вибору діаметру буріння вертикальних і похилих свердловин d=35-39мм визначений дослідним шляхом і є оптимальним для цього способу. При виборі діаметру буріння вертикальних і похилих свердловин з приведеного діапазону забезпечується якнайкраще поєднання гідравлічного опору, організації ламінарного руху закріплюючої композиції, як в свердловинах, так і при заповненні пустот і трі щин в укріплюваному ґрунті, а також витрати закріплюючої композиції. Вибір діаметру буріння вертикальних і похилих свердловин менше нижньої межі (d=35мм) не доцільний у зв'язку з тим, що збільшується гідравлічний опір руху закріплюючої композиції в свердловинах. Вибір діаметру буріння вертикальних і похилих свердловин більше верхньої межі (d=39мм) також не доцільний у зв'язку з тим, що в цьому випадку збільшується витрата закріплюючої композиції і порушується її ламінарний рух в свердловині, яке приводить до хаотичного - турбулентного руху і зниження проникаючої здатності закріплюючої композиції. Це викликає збільшення вартості робіт і зниження міцності укріплюваного ґрунту через зменшення радіусу ін'єктування закріплюючої композиції. У способі зміцнення ґрунту в основі будівлі або споруди, згідно винаходу, нагнітання закріплюючої композиції у вертикальні і похилі свердловини ведуть під тиском Р=0,41-0,49МПа. Приведений діапазон вибору тиску нагнітання у вертикальні і похилі свердловини Р=0,41-0,49МПа визначений дослідним шляхом і є оптимальним для цього способу. При виборі тиску нагнітання закріплюючої композиції у вертикальні і похилі свердловини з приведеного діапазону забезпечується ламінарний рух і висока проникаюча здатність закріплюючої композиції в пустоти і тріщини укріплюваного ґрунту. Вибір тиску нагнітання закріплюючої композиції у вертикальні і похилі свердловини менше нижньої межі (Р=0,41МПа) не доцільний у зв'язку з тим, що не забезпечується необхідний перепад тиску для нормального руху закріплюючої композиції по свердловині і знижується радіус ін'єктування ґрунту. Вибір тиску нагнітання закріплюючої композиції у вертикальні і похилі свердловини більше верхньої межі (Р=0,49МПа) також не доцільний у зв'язку з тим, що в цьому випадку збільшується витрата закріплюючої композиції і порушується її ламінарний рух в свердловині, яке приводить до хаотичного турбулентного руху і зниження проникаючої здатності закріплюючої композиції. Таким чином, додаткові відмітні ознаки, які характеризують спосіб, забезпечують підвищення міцності і експлуатаційної надійності укріпленого ґрунту. З рівня техніки заявники не виявили рішення, співпадаючі з сукупністю загальних і відмітних (основних і додаткових) суттєви х ознак вдосконаленого способу, внаслідок чого можна зробити висновок, що рішення, що заявляється, не є частиною рівня техніки і відповідає критерію винаходу "новизна". З рівня техніки заявники також не виявили рішення, співпадаючі з основними і додатковими відмітними ознаками вдосконаленого способу, внаслідок чого можна зробити висновок, що рішення, що заявляється, для фахівця не є очевидним, тобто не випливає з рівня техніки, і відповідає критерію винаходу "винахідницький рівень". Винахід пояснюється схемою виконання закріплення ґрунту в основі будівлі або споруди за пропонованим способом з докладним описом прикладу його виконання. На Фіг.1 зображена схема зміцнення ґрунту в основі будівлі або споруди за пропонованим способом, поздовжній розріз. На Фіг.2 зображена схема зміцнення ґрунту в основі будівлі або споруди за пропонованим способом, вид зверху. Спосіб зміцнення ґрунту в основі 1 будівлі або споруди включає (Фіг.1, 2) буріння вертикальних і похилих свердловин 2, 3 в ґрунті, приготування закріплюючої композиції на основі водного розчину цементу і рідкого скла, нагнітання закріплюючої композиції у вертикальні і похилі свердловини 2, 3 під тиском з гідравлічним розривом ґрунту і витримку до отвердіння закріплюючої композиції. Нагнітання закріплюючої композиції у вертикальні і похилі свердловини 2, 3 під тиском з гідравлічним розривом ґрунту ведуть на повну їх глибину від дна свердловин до світлової поверхні ґрунту, наприклад, за допомогою штукатурного агрегату типа СО-152А (АШ-1), який не створює вібрації основи 1, стін, вікон і інших елементів конструкції будівель або споруд. Після нагнітання закріплюючої композиції у вертикальні і похилі свердловини 2, 3, в згадані свердловини (2, 3) встановлюють металеву арматур у 4, 5, хвостовики 6, 7 якої сполучають між собою металевими стяжками 8 в армуючі каркаси 9 за допомогою зварювання. Зверху армуючи х каркасів 9 роблять бетонування оголовка 10, після чого роблять витримку до отвердіння закріплюючої композиції і бетону. Для бетонування оголовка 10 використовується бетон, наприклад, класу В15. Вертикальні свердловини 2 бурять на відстані l1=0,6-0,8м від основи 1 будівлі або споруди завглибшки h2=1,5-2,5м з кроком t=0,7-0,9м. Похилі свердловини 3 бурять на відстані l2=0,9-1,1м від вертикальних свердловин 2 глибиною h2=3,54,0м в проміжках між вертикальними свердловинами 2 під кутом a=50-70° до горизонтальної площини із заглибленням під основу 1 будівлі або споруди. Буріння вертикальних і похилих свердловин 2, 3 ведуть в два етапи. На першому етапі буріння ведуть на глибину h3=0,9-1,1м за допомогою перфоратора, наприклад, типа "БОШ-Ж11". На другому етапі буріння ведуть на глибину, що залишилася, за допомогою електросвердла, наприклад, типа CEP.IVХЛ5. Готують закріплюючу композиції на основі водного розчину цементу і рідкого скла ведуть в співвідношенні цементу, води і рідкого скла 1:1:(0,14-0,16) (у ваг. %). Вертикальні і похилі свердловини 2, 3 бурять діаметром d=35-39мм. Нагнітання закріплюючої композиції у вертикальні і похилі свердловини 2, 3 проводять під тиском Р=0,41-0,49МПа. Вдосконалений спосіб зміцнення ґрунту в основи будівлі або споруди за рахунок додаткового формування у вертикальних і похилих свердловинах 2, 3 і над ними каркасної конструкції з армуючого каркасу 9 і оголовка 10 забезпечує зниження тріщиноутворення, а також підвищення міцності і експлуатаційної надійності укріпленого ґрунту. Пропонований спосіб зміцнення ґрунту в основи будівлі або споруди відповідає критерію "промислова придатність", оскільки може бути багато разів реалізований при аварійно-відновних роботах для підвищення несучої здатності аварійних будівель і споруд. Перелік позначень: 1. Основа будівлі або споруди. 2. Вертикальні свердловини. 3. Похилі свердловини. 4. Ме талева арматура вертикальних свердловин 2. 5. Ме талева арматура похилих свердловин 3. 6. Хвостовики металевої арматури 4 вертикальних свердловин 2. 7. Хвостовики металевої арматури 5 похилих свердловин 3. 8. Ме талеві стяжки. 9. Армуючий каркас. 10. Оголовок. l1 - відстань від вертикальних свердловин 2 вщент 1 будівлі або споруди. l2 - відстань від похилих свердловин 3 до вертикальних свердловин 2. h1 - глибина буріння вертикальних свердловин 2. h2 - глибина буріння похилих свердловин 3. h3 - глибина буріння вертикальних і похилих свердловин 2, 3 за допомогою перфоратора. t - крок буріння вертикальних свердловин 2. a - кут буріння похилих свердловин 3 до горизонтальної площини. d - діаметр буріння вертикальних і похилих свердловин 2, 3.