СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ФУНДАМЕНТА И ОСНОВАНИЯ СУЩЕСТВУЮЩЕГО СТРОИТЕЛЬНОГО СООРУЖЕНИЯ

СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ФУНДАМЕНТА И ОСНОВАНИЯ СУЩЕСТВУЮЩЕГО СТРОИТЕЛЬНОГО СООРУЖЕНИЯ


RU (11) 2211289 (13) C2

(51) 7 E02D35/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - прекратил действие, но может быть восстановлен 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 2003.08.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 2001133026/03 
(22) Дата подачи заявки: 2001.11.28 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2001.11.28 
(45) Опубликовано: 2003.08.27 
(56) Аналоги изобретения: RU 2065001 С1, 10.08.1996. SU 375348 А, 25.05.1973. SU 624987 А, 29.08.1978. ВОЛКОВ С.А., ВОЛКОВ А.С. Справочник по разведочному бурению. - М.: Госгеолтехиздат, 1963, с.290- 294. УЛИЦКИЙ В.М. Геотехническое обоснование реконструкции зданий на слабых грунтах. - СПб., 1995, с.30-42. СВИРЩЕВСКИЙ В.К. Проходка скважин в грунте способом раскатки. - Новосибирск: Наука, 1982. 
(71) Имя заявителя: Общество с ограниченной ответственностью "ГиРС" 
(72) Имя изобретателя: Коварский С.В. 
(73) Имя патентообладателя: Общество с ограниченной ответственностью "ГиРС" 
(98) Адрес для переписки: 194223, Санкт-Петербург, ул. Курчатова, 9, ООО "ГиРС", генеральному директору Н.В. Васильеву 

(54) СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ФУНДАМЕНТА И ОСНОВАНИЯ СУЩЕСТВУЮЩЕГО СТРОИТЕЛЬНОГО СООРУЖЕНИЯ 
Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при проведении ремонта и реконструкции существующих зданий и сооружений. Способ усиления фундамента и основания существующего строительного сооружения путем постановки системы буроинъекционных свай включает бурение скважин с последующим заполнением их тампонажным раствором. При этом производят бурение ряда наклонных скважин, проходящих через фундамент сооружения с внутренней его стороны, а также бурение вертикальных скважин, расположенных с внешней стороны сооружения по его периметру, и вертикальных скважин, расположенных рядами по площади подвального помещения сооружения, причем бурение вертикальных скважин, расположенных по площади подвального помещения, производят по три скважины, а их заполнение тампонажным раствором осуществляют путем заливки его в скважину, являющуюся смежной с двумя другими пробуренными скважинами, которую производят до момента его изливания из их устьев. Техническим результатом изобретения является повышение надежности закрепления и гидроизоляции фундаментного массива и грунтов оснований существующих строительных сооружений. 2 з. п.ф-лы. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при проведении ремонта и реконструкции существующих зданий и сооружений.
При выполнении ремонтно-восстановительных работ для усиления фундаментов и оснований существующих зданий и сооружений наиболее эффективным в условиях городской застройки с технологической и технической точек зрения является метод постановки буроинъекционных свай.
Известен способ усиления фундаментов реконструируемых зданий путем постановки вертикальных или наклонных буроинъекционных свай непосредственно через стены или фундаменты [П.А Коновалов. Основания и фундаменты реконструируемых зданий. - М.: 1988, с. 197-198].
Согласно данной технологии выполняют вертикальные или наклонные скважины станками вращательного бурения, затем в скважины опускают арматуру для образования каркаса, после чего скважины заливают цементно-песчаным раствором под давлением.
Установка в скважинах армокаркасов усложняет рассматриваемую технологию восстановительных работ и может ограничить область ее применения. Известен способ усиления фундаментов и оснований существующих строительных сооружений, входящий в комплекс работ, описанный в патенте РФ 2065001, E 02 D 35/00, публ. 1996, который выбран авторами в качестве ближайшего аналога.
Способ заключается в том, что под подошвой фундамента сооружают усиливающую конструкцию в виде системы пересекающихся рядов наклонных проходящих через фундамент буроинъекционных свай, установленных в шахматном порядке с внешней и с внутренней стороны фундамента.
Данная технология обеспечивает надежное усиление подошвы и тела фундамента. При этом в буроинъекционных сваях не используют армокаркасы, что снижает трудоемкость ремонтно-восстановительных работ.
Однако рассматриваемый способ недостаточно эффективен с точки зрения закрепления оснований существующих строительных сооружений и обеспечения надежной гидроизоляции.
Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности закрепления и гидроизоляции фундаментного массива и грунтов оснований существующих строительных сооружений.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе усиления фундамента и основания существующего строительного сооружения путем постановки системы буроинъекционных свай, включающем бурение скважин с последующим заполнением их тампонажным раствором, производят бурение ряда наклонных скважин, проходящих через фундамент сооружения с внутренней его стороны. При этом согласно изобретению осуществляют также бурение ряда вертикальных скважин, расположенных с внешней стороны сооружения по его периметру, и вертикальных скважин, расположенных рядами по площади подвального помещения сооружения, причем бурение вертикальных скважин, расположенных по площади подвального помещения, производят по три скважины, а их заполнение тампонажным раствором осуществляют путем заливки его в скважину, являющуюся смежной с двумя другими пробуренными скважинами, которую производят до момента его изливания из их устьев.
Целесообразным является производить бурение скважин вращательным колонковым безнасосным методом.
Целесообразным является частоту Rp расхаживания бурового снаряда при осуществлении вращательного колонкового безнасосного бурения выбирать исходя из выведенной автором зависимости:

Rpkрф(Dc-Dск)/(2К3cos),

где kpф=1,1-4,0 - коэффициент разрушенности, полученный эмпирическим путем и учитывающий степень разрушения разбуриваемого материала,

Dс - диаметр скважины, м,

Dск- диаметр колонковой трубы, м,

K3 - кольцевой зазор между керном и колонковой трубой, м,

- угол наклона колонковой трубы к оси скважины, град.
Постановка вертикальных буроинъекционных свай по наружному контуру сооружения позволяет создать гидроизоляционную завесу для защиты стен сооружения и внутренних помещений от атмосферных осадков.
Постановка наклонных свай обеспечивает усиление тела фундамента и создает водонепроницаемую подстилку на границе фундамента и грунта. Кроме того, инъектирование тампонажного раствора в тело фундамента обеспечивает закупорку пор и трещин в стенах подвала реконструируемого помещения, а также позволяет связать омоноличенный фундамент с вертикальной гидроизоляционной завесой, сформированной вокруг сооружения, что дополнительно укрепляет фундамент и основание сооружения.
Постановка вертикальных свай по всей площади подвального помещения создает водонепроницаемую и прочную "подушку" под существующим полом. При этом бурение скважин "пакетами" из трех скважин и их заполнение тампонажным раствором через одну из скважин, смежную с двумя другими, обеспечивают гарантированное взаимоперекрытие инъектируемого в скважины тампонажного раствора, что способствует омоноличиванию основания сооружения.
Таким образом, в заявляемом способе за счет выбранных схемы размещения скважин и технологии заполнения их тампонажным раствором обеспечивается взаимное пересечение инъектируемого в скважины раствора, что приводит к связыванию в единый монолит фундамента и основания сооружения. Тем самым достигается усиление фундаментного массива и грунтов оснований и одновременно создается надежная система гидроизоляции.
Наиболее рациональной технологией бурения скважин, особенно при реализации заявляемого способа в условиях старой городской застройки, является технология вращательного колонкового безнасосного бурения, при которой очистка забоя скважины осуществляется за счет обратной всасывающей периодической промывки. Кроме того, вращательное колонковое бурение с отбором керна позволяет отслеживать состояние кладки фундамента и гибко управлять рецептурой тампонажных смесей и ходом инъектирования.
Выбор частоты Rp расхаживания бурового снаряда в соответствии с приведенной выше зависимостью позволяет оптимизировать процесс безнасосного бурения скважин с точки зрения сокращения времени "чистого" бурения. При этом используемый в зависимости и определенный эмпирическим путем коэффициент kpф позволяет при выборе оптимальной частоты Rp расхаживания учитывать степень деградации материала кладки (фундамента) Коэффициент kpф связан с численным значением показателя RQD степени трещиноватости материала (kpф=1/RQD) и на практике меняется в пределах 1,1-4,0.
Способ осуществляют следующим образом.
Производят постановку трех групп буроинъекционных свай, а именно вертикальных свай, расположенных снаружи сооружения, вертикальных свай, расположенных внутри сооружения и проходящих через пол подвального помещения, и наклонных свай, проходящих через фундамент с внутренней его стороны. Бурение скважин при постановке свай осуществляют вращательным колонковым безнасосным методом. Порядок постановки буроинъекционных свай может быть, в частности, следующим.
На первым этапе обуривают сооружение снаружи по его периметру скважинами диаметром 42-112 мм. Скважины располагают на расстоянии 0,2-0,5 м от стены сооружения с шагом 1-5 м. После бурения скважины очищают от шламов путем их продувки или промывки и заполняют тампонажным глиноцементным раствором, подаваемым в скважины под давлением.
Второй этап заключается в обуривании подвального помещения по его периметру инъекционными скважинами диаметром 42-76 мм, расположенными под углом 30-45o к поверхности пола встык стены и пола. После бурения скважины очищают от шламов путем их продувки или промывки и заполняют тампонажным глиноцементным раствором, подаваемым в скважины под давлением.
На третьем этапе проводят бурение вертикальных скважин диаметром 42-93 мм по всей площади подвального помещения рядами по квадратной сетке со сторонами квадрата 1-2 м. Бурение производят "пакетами" из трех скважин. После очистки от шламов путем продувки и/или промывки заполняют "пакеты" из трех скважин тампонажным раствором, подаваемым под давлением через скважину, которая является смежной для двух других скважин. Заливку раствора в скважину производят до момента его изливания из устьев двух других скважин.
При постановке трех групп свай конкретные значения параметров схемы заложения и диаметры скважин из вышеуказанных пределов, а также глубину скважин выбирают в зависимости от конструктивных особенностей сооружения, вида фундамента, степени его разрушения и глубины, вида и свойств грунтов основания.
Пример осуществления способа.
Проводилась работа по гидроизоляции и усилению фундамента и основания одного из исторических зданий г. Санкт-Петербурга.
Обуривали здание по периметру вертикальными скважинами диаметром 59 мм на глубину 3,2 м на расстоянии 0,25 м от стен здания. Скважины бурили на расстоянии 1 м друг от друга. Было пробурено 561 скважина. Заполняли скважины тампонажным глиноцементным раствором.
Затем производили бурение наклонных скважин в тело фундамента встык стены и пола подвального помещения под углом 45o к поверхности пола. Диаметр скважин составлял 59 мм, глубина скважин составляла 2 м. Было пробурено 824 скважины на расстоянии 0,5 м друг от друга. Скважины продували сжатым воздухом и заполняли тампонажным глиноцементным раствором до излива его из устья скважины. По истечении некоторого времени уровень раствора в скважинах понизился. Скважины выдерживали в течение одних суток и доливали до устья тампонажным раствором.
Производили бурение вертикальных скважин в пол подвального помещения. Бурение проводили по сетке 1х1м "пакетами" из три скважины. Диаметр скважин составлял 59 мм, глубина составляла 1,7 м. Осуществляли прокачивание воды в "пакете" через скважину, смежную с двумя другими скважинами, для промывки трещин в кирпичной кладке и размывки стяжки между телом фундамента и бетонным полом подвального помещения. Заполняли "пакеты" скважин тампонажным раствором через центральную скважину с последующей выдержкой в течение трех суток. Доливали скважины тампонажным раствором для образования бетонной изоляционной "подушки" между телом фундамента и полом. Всего через пол подвального помещения было установлено 1120 свай.
Бурение всех скважин осуществляли вращательным колонковым безнасосным методом. Инъектирование скважин тампонажным раствором, так же как и прокачивание воды, осуществляли через трубу-инъектор. Давление при нагнетании тампонажного раствора в скважины составляло величину 0,3-0,5 МПа.
Во время реконструкции здания возникла необходимость провести вскрытие пола с частичной выемкой фундамента в центральной башне здания. Поскольку вскрытие проводилось после бурения и инъектирования скважин, появилась возможность оценить распространение тампонажной смеси и прочность закрепленного грунта. Результаты оценки показали, что радиус распространения тампонажного раствора составил величину от 0,6 до 1 м, то есть установка свай по сетке 1х1м обеспечила полное взаимоперекрытие нагнетаемого в скважины раствора. Расчетная прочность на сжатие закрепленного грунта составила величину не менее 1,4 МПа, что является высоким показателем. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Способ усиления фундамента и основания существующего строительного сооружения путем постановки системы буроинъекионных свай, включающий бурение скважин с последующим заполнением их тампонажным раствором, при этом производят бурение ряда наклонных скважин, проходящих через фундамент сооружения с внутренней его стороны, а также бурение вертикальных скважин, расположенных с внешней стороны сооружения по его периметру, и вертикальных скважин, расположенных рядами по площади подвального помещения сооружения, причем бурение вертикальных скважин, расположенных по площади подвального помещения, производят по три скважины, а их заполнение тампонажным раствором осуществляют путем заливки его в скважину, являющуюся смежной с двумя другими пробуренными скважинами, которую производят до момента его изливания из их устьев.
2. Способ по п. 1, в котором осуществляют вращательное колонковое безнасосное бурение скважин.
3. Способ по п. 2, в котором частоту расхаживания Rp бурового снаряда выбирают, исходя из зависимости:

Rpkрф(Dc-Dск)/(2К3cos),

где kрф= 1,1 - 4,0 - коэффициент разрушенности, полученный эмпирическим путем и учитывающий степень разрушения разбуриваемого материала;

Dс - диаметр скважины, м;

Dск - диаметр колонковой трубы, м;

К3 - кольцевой зазор между керном и колонковой трубой, м;

- угол наклона колонковой трубы к оси скважины, град.