Укрепление грунтов геополимерным инъектированием

Укрепление грунтов методом инъектирования включает в себя следующие мероприятия:

А) Усиление грунтов слабого типа перед сооружением фундамента;

Б) Укрепление берегов и противошумных дамб- используются при строительстве различных объектов береговой линии;

В) Армирование грунтов, обеспечивающие укрепление склонов при угрозе оползней.

Выделяют следующие виды преимуществ стабилизации грунта, используя метод инъектирования:

1. Высокая избирательная способность раствора – приводящая к его максимальной однородности;
2. Повышает прочность грунтового основания и предотвращает его разрушения и различные деформации, что способствует большей надёжности сооружений;
3. Соблюдение экологических норм и требований. Инъекционная цементация или использование грунтов не нарушает экологическое равновесие почвы.

Метод укрепления грунта путём традиционного инъектирования включает в себя следующие этапы:

1. Подготовительные мероприятия— бурение скважины, согласно предварительно разработанному проекту, основанному на результатах геологических и инженерных изысканий;
2. Установка инъекционной трубы включает в себя погружение в скважины инъекционной трубы, через которую происходит цементация грунта. При этом, труба остаётся в почве и выполняет функцию дополнительного армирующего элемента;
3. Заполнение грунта— засыпка в скважины песка, который используется в качестве основания для цементации;
4. Очистка созданных полостей. Нагнетание в скважины приготовленного цементного раствора под давлением.

Наиболее распространёнными причинами разуплотнения грунтов являются:

А) Слабая плотность грунта под зданиями. Недостаток плотности почвы под несущим фундаментом капитальной постройки вызван нарушениями в ходе строительства, в случае экономии на материалах или по причине значительной халатности застройщика. При этом, недостаточная уплотнённость в процессе строительства приводит к значительным сдвигам и разрушениям фундамента основания;

Б) Не учтена глубина залегания уровня грунтовых вод. Перед формированием фундамента необходимо проводить геодезические исследования местной почвы. Так, например, при высоком уровне залегания грунтовых вод – основание без проведения препятствующих мер неспособно выдерживать большие весовые нагрузки;

В) Необходимо учитывать сезонные изменения уровня грунтовых вод. Например, во время весенних паводков и перенасыщения почвы талыми водами, грунт под постройкой значительно ослабляется, что приводит к значительному снижению несущей способности;

Г) Нарушение в работе коммуникаций. Прорывы водопроводных труб и канализации оказывают негативное влияние на плотность и несущую способность грунта;

Д) Естественное смещение грунта, возникающего в результате подмыва грунтовыми водами, сейсмической активности и другой непредсказуемостью факторов природного происхождения. В этих случаях необходимо проводить укрепление грунтов в основании фундамента методом цементации, используя инъектирование.

В настоящее время самым современным является метод геополиризационного инъектирования. Геополяризационное инъектирование представляет собой процесс укрепления местного грунта путём непосредственного введения в почву составов на основе геополимеров, отличающихся повышенной прочностью, устойчивостью к перепадам температур, гидрофобностью и обладающими высокой укрепляющей способностью. Так, за счёт использования инъектирования материалами с геополиризующей структурой слабые, нестабильные и разнородные грунты связываются, набирают необходимую прочность. Также геополимеры являются инертными к микроорганизмам и органическим элементам, находящихся в оптимальном количестве в грунтах. Тем самым, глубинное инъектирование не оказывает пагубное влияние на экологическую обстановку на обработанном участке.

Геополимерное инъектирование представляет собой современную высокотехнологичную методику ремонта и укрепления грунтового основания и восстановления фундамента. Суть метода состоит в нагнетании специальных полимерных смол- геополимеров в толщу грунта через инъекционные скважины под давлением смолы заполнение пустот и пропитывание самого грунта.

Применяя геополиризацию можно:

А) Укреплять основания при строительстве на слабых грунтах;

Б) Осуществлять подъём просевшего фундамента;

В) Проводить ликвидацию трещин в фундаменте и кирпичных стенах;

Г) Восстанавливать гидроизоляционные свойства.

Также данный метод применяется и в строительстве и геотехнике с целью повышения прочности и устойчивости грунтовых оснований, предотвращения различных деформаций и снижению риска возникновения аварийных ситуаций.

Требования, предъявляемые к геополиризующим растворам.

Геополиризующие растворы должны обладать высокими адгезивными свойствами, что способствует повышению несущей способности грунта и снижению их водопроницаемости. Использование геополиризующего инъектирования позволяет укреплять основание фундамента; предотвращает возникновению оползней; устраняет трещины и деформации в грунтах и повышают устойчивость склонов и откосов.

Примеры использования геополиризующего инъектирования для укрепления грунтов:

1. При строительстве и реконструкции фундамента зданий и сооружений, что предотвращает деформацию и оседание;
2. Укрепление склонов и откосов, предотвращая их обрушение и эрозию;
3. При строительстве подземных сооружений- парковок, тоннелей с целью укрепления грунта и предотвращения их проседания;
4. При реставрации исторических зданий;
5. При строительстве на слабых грунтах;
6. В реконструкции дорожных покрытий- в качестве покрытия под грунт, предотвращая его деформацию;
7. С целью укрепления грунтов вокруг инженерных коммуникаций – вокруг трубопроводов, кабелей и других инженерных коммуникаций, предотвращая их повреждение и деформацию;
8. При строительстве на участках с высоким уровнем грунтовых вод- с целью предотвращения их размыва;
9. При укреплении грунтов в зонах с повышенной сейсмической активностью, повышая устойчивость конструкций к землетрясениям.

В зависимости от конкретных задач и условий данный метод может быть адаптирован и использован в различных областях строительства и реконструкции.

Преимуществами геополимерного инъектирования грунта являются:

1. Повышение несущей способности грунтов. Геополиризующие растворы проникают в поры и трещины грунта, заполняя их создают тем самым прочный каркас, что позволяет повысить несущую способность грунтов, предотвращая их деформацию;
2. Стабилизация грунтов. Что особенно актуально для грунтов, расположенных вблизи водных объектов или в зонах с высокой сейсмической активностью;
3. Улучшения водопроницаемости грунтов — создавая водопроницаемый барьер, предотвращающий проникновению воды в грунты, уменьшение размыва грунтов и снижает риски возникновения оползней;
4. Повышение устойчивости строительных конструкций;
5. Экономия времени и средств. Геополимерное инъектирование является относительно быстрым и экономически выгодным методом укрепления грунтов. Нет необходимости демонтирования существующих конструкций.
6. Высокая скорость работы – инъектирование занимает 1-2 дня против 2-4 недель при традиционном укреплении грунтов;
7. Возможность работы на значительной глубине – до 30 м. Таким образом, геополимеризация является быстрым и эффективным решением для укрепления оснований зданий, не имеющих аналогов.

Недостатки геополимерного инъектирования грунтов:

1. Сложность выполнения. Требуется наличие специальных знаний и оборудования;
2. Ограничение по типу грунтов. Грунты с высоким содержанием органических веществ или с большим количеством трещин являются неподходящими для использования данного метода;
3. Необходимость заполнения пор и трещин грунтов. Что представляет сложность в условиях ограниченного доступа или при наличии препятствий;
4. Возможные побочные эффекты. В некоторых случаях, геополимерное инъектирование может вызвать нежелательные побочные эффекты, например, изменение свойств грунта или образование трещин.

Перед использованием метода геополимерного инъектирования прежде всего необходимо тщательно оценить все преимущества и недостатки и учесть особенности конкретного объекта.

В зависимости от решаемых задач используются разные виды геополимерных составов:

1. Для подъёма фундаментов- применяются высокопрочные быстротвердеющие смолы, создающие мощную несущую основу;
2. Для заполнения пустот и трещин- используют низковязкие составы, которые легко проникают в мелкие полости;
3. Для восстановления гидроизоляции- применяются гидрофильные смолы, которые увеличиваются в объёме и герметизируют саму структуру грунта;
4. Для карстующихся грунтов- используют смолы повышенной текучести, которые глубоко пропитывают такие основания;
5. Для вечномёрзлых грунтов- используют морозостойкие составы, которые сохраняют свои свойства при отрицательных температурах.

Правильный подбор типа геополимеров является залогом эффективности укрепления грунтов и способствует долговечности результата.

Геополимеризация широко применяется при реконструкции и усилении различных зданий и сооружений. Например, а) в жилых домах- для подъёма просевшего фундамента, устранения трещин, восстановления гидроизоляции подвалов. Включает восстановление несущей способности при просадке грунта, устраняет перекосы зданий и предотвращает их дальнейшее проседание; б) в реконструкции сооружений с большой площадью и нагрузками на фундамент- общественные и административные здания; в) промышленные предприятия- для укрепления слабого водонасыщенного грунта в основании цехов и складов; г) транспортные сооружения- мосты, тоннели, эстакады, метро- для надёжного укрепления оснований опор; д) гидротехнические сооружения- дамбы, каналы- для продления водопроницаемости оснований; е) в объектах энергетики- для фундаментов под реактивы АЭС. Опоры ЛЭП; ё) при  ремонте повреждённых оснований- включает заполнение пустот под фундамент, устраняет карстовые провалы и способствует восстановлению повреждений коммуникаций; ж) усиление оснований при перепланировке- путём повышения несущей способности для размещения дополнительного оборудования, усиливает основания под новые несущие стены и повышает устойчивость к динамическим нагрузкам; з) предотвращение аварийных ситуаций путём усиления фундамента вблизи строительных площадок, защищает от воздействия близлежащих тоннелей и метрополитена и повышает сейсмостойкость зданий. Таким образом, геополимерное инъектирование является универсальным, так как может использоваться на разных объектах гражданского и промышленного строительства.

Особенности геополимерного инъектирования включает в себя:

1. Диаметр инъекционной скважины- 15-28 мм;
2. Глубина инъекции – до 15 м;
3. Время отверждения- 15-60 мин в зависимости от состава;
4. Коэффициент расширения- 15-30 раз;
5. Срок службы – 50 лет, в случае правильного выполнения работ.

По данным современных исследований, геополимерное инъектирование позволяет поднять просевшие участки фундамента на 1-50 мм с точностью до 1 мм, что в 95% случаях устраняет видимые признаки просадки без проведения капитального ремонта, а в 85% случаях оказывается экономически выгодным решением в сравнении с традиционными методами укрепления фундамента при расчёте на весь срок службы.

В настоящее время выделяют следующие типы геополимерных составов для инъектирования:

1. Быстротвердеющие геополимеры— используются при аварийном усилении, при подъёме просевших участков, а также при работе в условиях ограниченного времени, но требуют высокоточного оборудования для смешивания и инъекции. Достоинствами являются очень короткое время отверждения – 15-25 минут, высокая скорость набора прочности и возможность немедленной эксплуатации здания. Недостатками являются ограниченное время жизнеспособности смеси- 3-5 минут и высокие требования, предъявляемые к точности дозирования;
2. Стандартные геополимеры используются при плановом усилении оснований, заполнении пустот и при профильном укреплении, а также являются наиболее универсальным типом для большинства задач. Достоинствами являются оптимальное время жизнеспособности – 8-12 минут, хорошая текучесть и умеренная скорость отверждения. Недостатками являются то, что данные геополимеры требуют более точного расчёта объёма инъекции;
3. Медленнотвердеющие геополимеры— используются для укрепления слабых грунтов, работы на больших площадях и для профилактики просадки и обеспечивают более равномерное распределение в грунте. Достоинствами являются длительное время жизнеспособности- 15-30 минут и возможность проникновения в мелкие поры грунта. Недостатками являются более длительное время ожидания перед применением;
4. Высокопрочные геополимеры используются для усиления фундаментов под тяжёлые сооружения и для зон с высокими нагрузками, а также содержат специальные модификаторы для повышения прочности. Достоинствами являются максимальная прочность – до 3 МПа и устойчивость к динамическим нагрузкам. Недостатками являются их высокая стоимость и менее низкий коэффициент расширения;
5. Экологичные геополимеры используются в экологически чувствительных зонах, в жилых помещениях и в детских учреждениях – имеют сертификаты экологической безопасности. Достоинствами являются полная безопасность для человека и окружающей среды и разрешены для использования вблизи водоёмов. Недостатками являются их высокая стоимость и ограничения по прочностным характеристикам.

Технология композитного геополимерного инъектирования состоит из следующих этапов:

1. Разметка и бурение инъекционных скважин с шагом около 1 м;
2. Установка инъекционных пакеров – для разделения скважин на отсеки;
3. Приготовление геополимерной смолы сразу перед закачкой;
4. Нагнетание смолы под давлением до 10 атмосфер;
5. Заполнение смолой пустот, трещин и пор грунта;
6. Твердение смол в течение нескольких часов или суток;
7. Ликвидация скважин и заделка отверстий;
8. Контроль результатов по показателям подъёма основания.

Материалы и оборудования, необходимые для геополимерного инъектирования

1. Буровой станок— предназначен для бурения инъекционных скважин под разными углами в грунте;
2. Инъектор— т.е. оборудование для нагнетания геополимерной смолы под высоким давлением;
3. Пакеры – т.е. устройства для разделения скважин на отсеки и направления смолы в нужную зону;
4. Смесители – ёмкость с мешалкой для приготовления геополярного композита;
5. Геополимерные смолы— представляют из себя двухкомпонентные составы для инъектирования в грунт;
6. Манометры— предназначены для контроля давления нагнетания смолы.

Для качественного выполнения работ по геополимерному инъектирования требуется высококлассная бригада специалистов, состоящая из: а) инженера- проектировщика, который разрабатывает проекты усиления оснований с применением геополярного инъектирования; б) геолог- который проводит обследование грунта, подбирая оптимальный тип смол; в) специалисты по инъекционным работам- которые выполняют бурение скважин, нагнетание смол и проводят контроль процесса; г) механик- который обслуживает и настраивает инъекционное оборудование; д) технолог – контролирует соблюдение параметров инъектирования и качество смол и е) прораб- осуществляющий общее руководство комплексных работ на объекте.

В зависимости от типа проблем, условий эксплуатации и бюджета проекта выделяют следующие критерии выбора геополимерного состава:

А) В аварийных ситуациях и при низкой температуре используют быстротвердеющие геополимеры с модифицированной формулой.

Б) При плановом усилении и при низких нагрузках применяют стандартные геополимеры.

В) Для профилактики просадок и на слабых грунтах используют медленнотвердеющие геополимеры.

Г) При тяжёлых нагрузках используют высокопрочные геополимеры.

Д) В условиях экологически чувствительных зон- используют экологичные геополимеры. Средний бюджет включает в себя комбинацию стандартных и высокопрочных составов. А высокий бюджет предполагает использование специальных составов под конкретные задачи.

Однако, в 70% случаях профессионалы рекомендуют использовать стандартные геополимеры— в качестве оптимального сочетания цены и качества для большинства работ по усилению оснований. Но при аварийных ситуациях и ответственных объектов используют быстротвердеющие или высокопрочные составы.

Правильный выбор метода геополярного инъектирования- представляет собой клевой фактор для усиления оснований.

А) Для ленточных фундаментов при просадки отдельных, участков- например, на локализованных провалов либо в перекосах здания в определённой зоне используют точечное инъектирование с контролем подъёма. Диаметр скважины 16-20 мм, глубиной 1,5- 3м и шагом 0,8-1,2 м. При этом, подъём просевших участков усиливается на 5-30 мм с точностью до 1 мм;

Б) При общей просадке фундамента, т.е., равномерном проседании по всему периметру роют скважины диаметром 20-25 мм, глубиной 2,5-4 м и шагом 1-1,5 м. Используют шахматное инъектирование по всему периметру. При этом, подъём фундамента на 10- 50 мм с равномерным распределением нагрузки;

В) Для плитного фундамента- при локальных провалах, т.е. проседания в отдельных зонах, либо, когда имеются трещины в полу. Используют точечное инъектирование под проблемные зоны, вырывают скважины диаметром 16-20 мм, глубиной – 1-2, 5 м и шагом 0,5-0,8 м, при этом устраняются локальные провалы и происходит выравнивание поверхности;

Г) При общем проседании происходит равномерное проседание всей плиты или имеются проблемы с дверьми и окнами используют сетевое инъектирование с контролем подъёма, вырываются скважины диаметром 20-25 мм, глубиной – 2-2,5 м и шагом- 1-1,5 мм. Происходит подъём плиты на 5-25 мм с сохранением целостности;

Д) Для свайного фундамента – при ослаблении несущей способности грунта, т.е. при проседании отдельных свай и перекосе здания вырывают скважину диаметром 25-28 мм, глубиной- до 15 м и шагом – 0,3-0,5 м вокруг сваи. Используют метод инъектирования вокруг свай для создания опорного слоя. При этом, происходит восстановление несущей способности и устраняется перекос;

Е) При повреждении ростверка— трещины или проблемах с несущими стенами используют комбинированное инъектирование под ростверк и вокруг свай, при этом вырывают скважину диаметром 20-25 мм, глубиной- 1,5-3 м под ростверк. В результате происходит восстановление целостности ростверка и перераспределение нагрузки;

Ё) При незначительной просадке – до 15 мм применяют стандартные составы, а при значительной- 15- 50 мм— используют комбинированные методы.

Для усиления фундамента под историческими зданиями используют комбинацию медленнотвердеющих и стандартных геополимеров с минимальным количеством инъекционных скважин.

Для усиления в сейсмоопасных районах— используют высокопрочные геополимеры с армированием слоя вокруг фундамента.

Для усиления фундамента в условиях высокого УГВ – используют специальные составы с повышенной адгезией к влажным поверхностям.

Для усиления фундамента при близком расположении коммуникаций – используют точечное инъектирование с применением датчиков контроля подъёма.

Для усиления фундамента в плотной городской застройке— используют минимально инвазивные методы с контролем вибрации. Также при этом важно учитывать совместимость геополимерного состава с типом грунта и условиями эксплуатации. Так, для глинистых грунтов используют медленнотвердеющие составы, а для песчаных – быстротвердеющие. Необходимо также соблюдать температурный режим и влажность при выполнении работ. Стоимость неправильного выбора метода геополимерного инъектирования может быть в 3-5 раз выше, чем стоимость первоначальных работ.

Процесс геополимерного инъектирования включает следующие этапы:

1. Подготовительный— на котором происходит диагностика состояния фундамента и определение причин просадки; проводятся геодезические измерения с целью определения степени просадки. Разработка проекта усиления с расчётом точек инъекции; происходит подготовка оборудование и материалов и согласование работ с управляющей компанией- для многоквартирных домов;
2. Подготовка поверхности – для этого, очищаются зоны работ от мусора и препятствий, затем происходит разметка точек инъекции по прямой; сверление инъекционных скважин требуемого диаметра и глубины и установление инъекционных патрубков в скважины и осуществляется сама подготовка системы контроля подъёма фундамента;
3. Инъектирование геополимерных составов— для этого подготавливают рабочий раствор, согласно инструкции производителя, затем происходит проверка оборудования на работоспособность; инъекции состава в первую точку с контролем подъёма, затем последовательное инъектирование в остальные точки, согласно проекту и контроль за равномерностью подъёма фундамента;
4. Завершающие работы— т.е. удаление инъекционных патрубков, заделка скважин специальным составом, контрольная проверка уровня фундамента; составление акта выполненных работ и рекомендации по дальнейшей эксплуатации.

Существуют следующие особо важные моменты при выполнении работ по геополимерному инъектированию:

1. Точность соблюдения пропорций смешивания компонентов;
2. Контроль температуры и влажности во время работы;
3. Правильная глубина и расположение инъекционных скважин;
4. Соблюдение рекомендованного давления и скорости подачи;
5. Постоянный контроль за подъёмом фундамента – точность до 0,5 мм;
6. Проведение пробной инъекции на небольшом участке перед основными работами;
7. Тщательная подготовка поверхности перед сверлением скважин.

Продолжительность работ зависит от площади и сложности фундамента. Для усиления фундамента площадью 100 кв. метра опытный мастер затратит 1-3 дня. Важно помнить, что спешка при инъектировании может привести к неравномерному подъёму фундамента и возникновению новых трещин. После завершения работ необходимо выдержать время для полного отверждения материала-24 часа перед возобновлением нормальной эксплуатации зданий.

При геополярном инъектировании часто допускаются следующие критические ошибки:

1. Недостаточная диагностика, проблемы— например, попытки усилить основание, не определяя истинные причины просадки, для этого следует всегда проводить комплексную диагностику с применением геодезических измерений, геологических исследований и методов неразрывного контроля, определение типа грунта и характера просадки перед разработкой проекта усиления;
2. Неправильный расчёт точек инъекции, т.е. неправильное расположение или недостаточное количество инъекционных скважин, при этом учитывается тип фундамента, характер просадки, свойства грунта и рекомендации производителя материала, также используется компьютерное моделирование для оптимизации расположения точек инъекции;
3. Неправильный выбор геополярного состава— использование состава, неподходящего для конкретного типа грунта или условий эксплуатации. При этом учитывается тип грунта, уровень грунтовых вод, температурные условия и характер направления, при необходимости проводят пробную инъекцию на контрольном участке;
4. Нарушение технологии инъектирования – т.е. неправильное давление, скорость подачи или игнорирование рекомендаций по времени между точками, поэтому необходимо строго соблюдать параметры инъекции, использовать оборудование с точным контролем давления и расхода, нужно следить за временными интервалами между инъекциями;
5. Недостаточный контроль подъёма – т.е. отсутствие или недостаточная точность измерения подъёма фундамента. Для этого используют Высокоточные измерительные приборы – в нескольких контрольных точках, корректируется процесс инъектирования в реальном времени;
6. Использование условий окружающей среды— т.е. проведение работ при низких температурах или высокой влажности. Для этого нужно соблюдать рекомендованный температурный режим от +5 до+35 градусов по Цельсию, а при низких температурах использовать специальные составы плюс производить подогрев оборудования.

Компания «»ЭВР ВЭСТ»» использует метод стабилизации грунтового основания, подъём фундамента плиты по методу Slab Lifting, а также укрепление грунтового основания и подъём несущих колонн по технологии URETEK и проводит заполнение пустот и укрепление фундамента по методу глубокого инъектирования Deep Injection.