ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА «ГЕОКОМПОЗИТ» ПРИ ЗАКРЕПЛЕНИИ ГЛИНИСТЫХ И ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ В ОСНОВАНИИ СТРОЯЩЕГОСЯ ДОМА В Г. МОСКВЕ

В 2016 году в ходе строительства жилого комплекса «Лучи» в районе Солнцево (г. Москва) произошло замачивание и разуплотнение грунтов под фундаментной плитой нескольких секций, и, как следствие, образование пустот, вызвавшее неравномерную осадку здания и образование трещин в фундаментной плите. Это также связано с выносом мелких частиц грунта из-под плиты в результате суффозии – процесса механического размыва пород внутри толщи, обладающей низкой сопротивляемостью эрозионному воздействию подземных вод, нередко ослабленной предшествующим увлажнением, перемятием или выщелачиванием [3]. На данном строительном объекте суффозия активизировалась вследствие постоянной откачки воды на площадке строительства.

Для определения степени и характера разуплотнения грунтов, а также количественной оценки физико-механических свойств грунтов в соответствии с ГОСТ 19912-2012 были выполнены испытания методом электроконтактного динамического зондирования (ЭДЗ), который сочетает в себе два способа испытания грунтов: токовый каротаж и динамическое зондирование. Исследования проводились в пяти точках с поверхности фундаментной плиты до глубины 5,0 м от подошвы фундамента. По полученным данным удалось сделать следующие выводы:

1. под фундаментной плитой, в верхних слоях грунтового основания, есть пустоты размером от 3 до 13 см;

2. с поверхности по разрезу залегают супеси текучие, супеси пластичные, пески мелкие, рыхлые. Модуль деформации верхнего слоя изменяется от 4 до 11 МПа; мощность слоя до 3,4 м;

3. далее по разрезу встречается слой грунтов, представленный супесями пластичными, суглинками тугопластичными, песками мелкими средней плотности, модуль деформации данного слоя изменяется в диапазоне 15-26 МПа; мощность слоев от 0,6 до 2,0 м;

4. ниже по разрезу вновь встречен прослой грунтов со слабыми деформационными характеристиками; слой представлен суглинками мягкопластичными, супесями текучими; модуль деформации от 4 до 5 МПа, мощность слоя от 0,4 до 1,8 м;

5. подошву разреза слагают грунты, представленные суглинками полутвердыми, супесями твердыми; модуль деформации изменяется в пределах 33-41 МПа, вскрытая мощность до 1,6 м.

Таким образом, в основании фундамента строящегося здания присутствуют грунты с низкими значениями показателей физико-механических свойств и различной степени разуплотнения, которые представляют опасность безаварийному строительству и эксплуатации сооружения. Таким образом, в целях предотвращения развития сверхнормативных деформаций основания строящегося здания и заполнения пустот под подошвой фундаментной плиты было принято решение закрепить грунты основания строящегося жилого комплекса с помощью инъекций цементного раствора – одного из методов технической мелиорации грунтов – науки, которая занимается разработкой теории и методов целенаправленного улучшения состава, физического состояния и физико-механических свойств грунтов [1].

Инъекционный процесс как определенная технология воздействия на грунты был изобретен и впервые применен французским инженером Ш. Береньи в 1802 году. Таким термином он определял напорное распространение глинистых и известковых растворов в целях «лечения» кирпичной или бутовой кладки и бетона различных частей сооружений ниже уровня подземных вод. В настоящее время данная технология имеет значительное количество модификаций, одной из которых является разрывная инъекция с частичным или полным разрушением грунта путем использования нагнетания заведомо неинъектабельных растворов в виде густых суспензий и вязких коллоидных систем; эффективность этого принципа контролируется структурной прочностью грунта, обводненностью и строгим соблюдением режима нагнетания [2].

Таким образом, на данном объекте был применен метод «Геокомпозит», который основан на управляемом инъектировании расчётных объёмов твердеющих растворов по специально рассчитанной объёмно-планировочной схеме. В радиусе до 2 м от инъектора раствор заполняет трещины и пустоты, уплотняет слабый грунт, образует включения цементного камня. После закрепления грунтов застывший цементный раствор образует армирующий каркас, напоминающий корни дерева, «стволом» которого является погруженный в грунт стальной инъектор (с застывшим в инъекторе цементным раствором). Созданный в процессе работ армированный массив воспринимает дополнительные нагрузки от здания в зоне его активного воздействия на основание и равномерно перераспределяет дополнительные нагрузки по всей площади закрепленного основания. Достигается значительное улучшение физико-механических характеристик грунтов основания фундамента и снижение влияния процессов механической суффозии [4].

Работы проходили в четыре этапа:

1. подготовительные работы – установка оборудования, организация стройплощадки, изготовление инъекторов и др.;

2. погружение всех инъекторов и нагнетание в 20% инъекторов жестко-армированного массива (равномерно по площади закрепления), расположенных в пределах фундаментной плиты;

3. устройство вертикального защитного экрана (законтурной обоймы) по периметру фундаментной плиты секций;

4. устройство жестко-армированного массива под фундаментной плитой секций.

На всех этапах производства иньекционных работ осуществлялись высокоточные измерения осадок основания строящегося здания методом геометрического нивелирования первого класса точности, в соответствии с ГОСТ 24846-2012.

Закрепление грунтов происходило на глубину 3,5-5,5 м от низа бетонной подготовки фундаментной плиты. Инъекторы для нагнетания уплотняющего раствора в грунт располагались в плане по сетке 2,5м×2,17 м. Для погружения инъекторов на проектные отметки осуществлялось предварительное бурение скважин диаметром менее 90 мм. Всего было использовано 222 инъектора, которые изготавливались из труб диаметром 32,0×3,2 мм по ГОСТ 3262-75 с высотой перфорированной части от 3,5 до 5,5 м. Отверстия в перфорированной части инъекторов круглые и располагались в четырех направлениях под углом 90º. Соединение инъекторов с технологическими трубопроводами осуществлялось с помощью быстроразъемных соединений.

Состав используемого уплотняющего раствора при водоцементном отношении (В/Ц), равном 0,57, следующий: цемент М500 (в соответствии с ГОСТ 10178-85) – 1127  г; вода – 642 л; хлористый кальций – 11,3 кг. Общий объем цементного раствора составил 711,85 м3; нагнетание происходило при давлении 5-15 атм.

Оценка физико-механических свойств грунтов основания после закрепления произведена в пяти точках с использованием динамического зондирования. Проанализировав полученные данные, удалось сделать следующие выводы:

1. модуль деформации текучих супесей увеличился в среднем на 631%; супесей пластичных – на 155%; суглинков мягкопластичных – на 819%, суглинков тугопластичных – на 56%; песков мелких рыхлых – на 268%; песков мелких средней плотности – на 31%;

2. наибольшее увеличение модуля деформации было достигнуто для суглинков мягкопластичных, наименьшее – для песков мелких средней плотности;

3. угол внутреннего трения песков мелких рыхлых в среднем увеличился на 23%; песков мелких средней плотности – на 6%;

4. коэффициент пористости песков мелких рыхлых в среднем уменьшился на 16%; песков мелких средней плотности – на 6%.

По данным геодезических наблюдений в период проведения работ по закреплению грунтов суммарная вертикальная осадка основания фундамента составила 5,6-12,0 мм.

Таким образом, в результате закрепления грунтов их физико-механические свойства и несущая способность слагаемого ими основания значительно улучшились; пустоты под фундаментной плитой были заполнены цементным камнем; суммарная осадка основания фундамента во время производства работ не превысила предельные значения (12,0 см), регламентируемые СНиП 2.02.01-83.

Список литературы:

1. Базовые понятия инженерной геологии и экологической геологии: 280 основных терминов / под ред. В.Т. Трофимова / В. Т. Трофимов, В. А. Королёв, М. А. Харькина и др. М.: ОАО «Геомаркетинг», 2012. – 320 с.
2. Воронкевич С.Д. Техническая мелиорация грунтов. Учебник. М.: Изд-во «Академическая наука», 2015. – 244 с.
3. Золотарев Г.С. Инженерная геодинамика. Учебник. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1983. – 328 с.
4. Метод Геокомпозит - прочная основа на слабых грунтах. [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://www.geomassiv.ru (дата обращения 15.05.2017).