Усиление грунтов основания методом цементации

Причины деформаций и трещин в стенах исторических зданий часто кроются не в самой кладке, а в состоянии грунтов под фундаментом. Просадки, разуплотнение, вымывание частиц, наличие пустот — все это приводит к неравномерным осадкам и разрушению конструкций. В таких случаях требуется усиление основания — улучшение физико-механических свойств грунта непосредственно под существующим фундаментом.

Наиболее эффективный и наименее травматичный метод для объектов культурного наследия — инъекционная цементация (или силикатизация) грунтов.

Суть метода

Через пробуренные в фундаменте и под ним скважины в грунт под давлением нагнетается специальный раствор.

Раствор:

Заполняет пустоты и поры в грунте. Связывает рыхлые частицы.

Увеличивает плотность и несущую способность основания.

Создает противофильтрационную завесу (снижает водопроницаемость).

После затвердевания раствор образует в грунте прочные включения (цементно- грунтовые "сваи" или массив), которые воспринимают нагрузку от фундамента и передают ее на более глубокие, плотные слои.

Когда необходимо усиление грунтов

Показания к проведению работ:

Нарастающие деформации здания (трещины, крены). Неравномерная осадка фундаментов.

Наличие пустот под подошвой фундамента (выявленных при зондировании). Просадочные, насыпные, слабые водонасыщенные грунты.

Повышенная фильтрация грунтовых вод под зданием.

Материалы для цементации

В линейке «Реноватор» для этих целей предназначен специальный состав

«Реноватор СуперЦем».

Характеристики:

Высокопроникающая способность (благодаря тонкому помолу и специальным добавкам).

Регулируемые сроки схватывания (с помощью ускорителя «Реноватор УТ»).

Низкое водоотделение (минимальная усадка). Высокая прочность цементного камня.

Экологическая безопасность.

Технология цементации грунтов

Этап 1. Геотехническое обследование

До начала работ необходимо:

Уточнить геологическое строение площадки (бурение скважин, отбор проб). Определить физико-механические свойства грунтов.

Выявить наличие и расположение пустот.

Рассчитать необходимый объем закачки и давление.

Организуется непрерывный геодезический мониторинг за осадками и перемещениями здания (критическое значение — 5 мм).

Этап 2. Бурение скважин

Скважины бурятся вращательным способом (установка колонкового бурения) непосредственно через тело фундамента или рядом с ним.

Параметры:

Диаметр скважин: 59–62 мм.

Глубина: ниже подошвы фундамента на 400–1000 мм (в зависимости от мощности слабой зоны).

Шаг скважин: бурение ведется в две очереди. Первая очередь — через 2 метра, вторая — через 2 метра со смещением (итоговый шаг 1 метр).

Этап 3. Монтаж инъекторов

В пробуренные скважины погружаются инъекторы — стальные трубы диаметром 52– 62 мм с перфорированной нижней частью (1 метр). Верхняя часть трубы герметизируется пакером, устье скважины тампонируется.

Этап 4. Приготовление цементационного раствора

«Реноватор СуперЦем» затворяется водой в смесителе с принудительным перемешиванием.

Важный принцип цементации — от жидкого к густому:

Начинают с растворов с высоким водоцементным отношением (В/Ц до 4 л на 1 кг смеси) для максимального проникновения в мелкие поры и трещины.

Постепенно, по мере насыщения грунта, переходят к более густым растворам (В/Ц 0,4–0,6) для заполнения крупных пустот и создания прочного массива.

При необходимости для ускорения схватывания добавляется ускоритель «Реноватор УТ».

Этап 5. Нагнетание раствора

Инъектирование ведется цементационным насосом с контролем давления и расхода.

Параметры:

Давление нагнетания: 0,3–1,0 МПа (3–10 Бар). Скорость нагнетания: не более 50 л/мин.

Температура раствора: не ниже +5°С.

Процесс ведется до «отказа»:

1.                         Давление нагнетания не падает ниже максимального в течение 2 минут 

2.                         Произошло поглощение расчетного объема раствора (ориентировочно 300–400 л на погонный метр скважины).

Если после закачки 0,5 м³ раствора на 1 м скважины отказ не достигнут, инъектирование прекращают, скважину оставляют на двое суток, затем разбуривают, промывают и повторяют цементацию.

Этап 6. Завершающие работы

По окончании нагнетания инъекторы извлекаются или срезаются. Устья скважин заделываются ремонтным составом.

Составляются акты на скрытые работы с фиксацией объемов закачки и достигнутых параметров.

Особые случаи

Выход раствора на поверхность

Если раствор начинает выходить на поверхность грунта или из непредусмотренных мест, давление снижают или добавляют ускоритель схватывания. Если это не помогает, скважину оставляют на отстой (от 10 минут до суток) и возобновляют инъектирование позже.

Пустоты под подошвой

Если под подошвой фундамента выявлены крупные пустоты, сначала их заполняют более густыми растворами или даже мелкозернистым бетоном (при возможности доступа), а затем производят цементацию окружающего грунта.

Контроль качества

Эффективность усиления контролируется:

Геодезическими наблюдениями (осадки должны прекратиться или стабилизироваться).

Бурением контрольных скважин и отбором кернов (для оценки прочности закрепленного грунта).

Геофизическими методами.