Способ строительства противофильтрационной завесы на застроенных территориях

Способ строительства противофильтрационной завесы на застроенных территориях

Реферат

Изобретение относится к строительству подземных сооружений в условиях застроенных территорий.

Подземное строительство в городах в большинстве случаев ведется в условиях подтопленных территорий и осуществимо под защитой участка строительства от обводнения. Для решения этой задачи прибегают к сооружению контурных противофильтрационных завес (ПФЗ) или «стен в грунте». Однако трасса проектируемой завесы часто пересекает уже существующие объекты (здания, транспортные магистрали и др.). Строительство ПФЗ выполняется с поверхности, и на участках эксплуатируемых объектов сооружение их известными способами становится неосуществимым. Под указанными сооружениями ПФЗ воспринимают часть нагрузки от действующего объекта. Следовательно, в таких случаях возникает необходимость строительства «стены в грунте», которая способна одновременно выполнять функции противофильтрационного ограждения и несущей конструкции.

Из технического уровня известно применение способа защиты участка горных работ или участка подземного строительства путем сооружения ПФЗ гидродинамически совершенного типа, то есть полностью прорезающих водоносный пласт и заглубленных в водоупорные отложения подошвы водоносного горизонта (Оксанич И.Ф., Пономаренко Ю.В., Тиль В.И. и др. Справочник по осушению горных пород. М.: Недра, 1984). Известны также струйные технологии устройства тонких ПФЗ, когда в грунтах прорезают тонкую щель, используя энергию высоконапорной струи. Для этого в направляющую вертикальную скважину опускают гидромонитор, на боковой поверхности которого размещено сопло (сопла). Перемещая гидромонитор вертикально, в грунте размывают вертикальную щель, которую затем заполняют противофильтрационным материалом. (Федоров Б.С., Смородинов М.Н. Современные способы строительства сооружений при освоении подземного пространства больших городов. - М.: ГосИНТИ, 1980). Струйные технологии применяются в рыхлых связных и несвязных породах. Дальность размывающего действия струи ограничена в обводненных грунтах 3 метрами. Если учесть, что направляющая скважина по условиям техники безопасности не может сооружаться непосредственно у внешней стены сооружения, которое пересекает трасса ПФЗ, то струйная технология не может быть применена для возведения завесы под существующими зданиями.

На застроенных территориях предпочтительно применение ПФЗ инъекционного типа, поскольку в условиях развития густой сети подземных коммуникаций задача по размещению вертикальных инъекционных скважин решается сравнительно просто.

В качестве прототипа по совокупности существенных признаков выбран инъекционный способ сооружения ПФЗ для защиты участка подземного строительства от поступления грунтовых вод (Абрамов С.К., Газизов М.С., Костенко В.И. Защита карьеров от воды. - М.: Недра, 1976).

Способ сооружения вертикальной инъекционной завесы предусматривает бурение по трассе завесы вертикальных инъекционных скважин на глубину распространения водоносных пород, подбор закрепляющего состава и нагнетание его в водоносный слой.

На застроенных территориях способ включает: выбор трассы ПФЗ, проведение инженерных изысканий по трассе, изучение исполнительной документации по строительству подземных коммуникаций, выбор мест заложения инъекционных, наблюдательных и контрольных скважин, бурение указанных скважин на глубину развития водоносных пород, приготовление и нагнетание уплотняющих составов, проведение гидрогеологических (или геофизических) наблюдений для выявления незатампонированных участков на трассе завесы и проведение (при необходимости) последующего инъектирования на незакрепленных участках завесы.

Недостатками прототипа являются:

- невозможность сооружения ПФЗ под существующими объектами;

- невозможность создания завесы в примыканиях к фундаментам существующих сооружений, что не допускается по условиям техники безопасности;

- недопустимость применения в качестве закрепляющих, но нетвердеющих составов.

Задачей изобретения является разработка способа сооружения ПФЗ под существующими объектами.

Решение поставленной задачи стало возможным благодаря тому, что в известном способе строительства инъекционной завесы на участке расположения существующих сооружений по трассе ПФЗ бурение вертикальных инъекционных скважин заменяется бурением горизонтальных инъекционных скважин 1, располагаемых одна над другой в одной вертикальной плоскости, как это показано на фиг.1. Горизонтальные скважины бурятся и инъектируются в очередности снизу вверх, начиная от водоупора обводненных пород до отметок заложения фундаментов находящегося на поверхности объекта. Бурение осуществляется из вертикального ствола 2, закладываемого на трассе строящейся завесы на безопасном расстоянии от объекта. Глубина ствола превышает глубину залегания кровли водоупорного слоя, что необходимо для создания в стволе водосборника. Диаметр ствола 2 в свету назначается в зависимости от габаритов применяемой буровой установки и требований техники безопасности. Бурение осуществляется с перемещаемого в стволе полка. Проходка скважин ведется под защитой «глухой» инвентарной колонны труб, что необходимо для предотвращения поступления в ствол грунтовых вод и плывунных пород в опасных (непредвиденных) объемах в процессе бурения. Инъекционные скважины должны выходить за пределы пересекаемого объекта на расстояние, необходимое для закладки стыковочной скважины 3, которое определяется безопасным интервалом между буровой установкой и объектом.

Инъектирование водоносных грунтов проводится твердеющими составами, которые подбираются в соответствии с проницаемостью тампонируемых пород с учетом их вязкости и сроков отверждения. Расстояние между горизонтальными скважинами назначается с учетом радиуса закрепления грунтов применяемыми составами. Закрепленный участок пород 4 показан в разрезе на чертеже.

С внешней стороны завесы после ее сооружения возникает подпор грунтовых вод. Чтобы предотвратить развитие процесса подтопления объекта, пересекаемого трассой завесы из пройденного ствола 2, закладываются лучевые горизонтальные (слабонаклонные) скважины, а в стволе устанавливается насосное оборудование и система автоматизации работы водоподъемного насоса (на чертеже не показаны). Дренажные воды сбрасываются в ближайший канализационный коллектор.

Для обеспечения надежного сопряжения между завесой сооруженной под существующим сооружением и ее продолжением 6 непосредственно на стыке бурится стыковочная инъекционная скважина 3, с помощью которой осуществляется омоноличивание стыка участков завесы.

Необходимо отметить, что на незастроенных участках ограждаемой территории возможно применение завес траншейного (инфузионного) типа.

Техническими результатами, которые могут быть получены при внедрении изобретения, являются:

- возможность сооружения ПФЗ под существующими на поверхности объектами;

- возможность создается замкнутого контура противофильтрационного ограждения вокруг участка подземного строительства;

- выполнение строительных работ под действующими объектами без остановки их эксплуатации на период строительства ПФЗ;

- предотвращение процессов подпора грунтовых вод с внешней стороны завесы и подтопления объекта;

- обеспечение безопасных условий стыковки сооруженной завесы с ее продолжением за пределами контура объекта;

- недопущение разуплотнения и снижения прочностных характеристик несущих грунтов естественного основания действующего сооружения в зоне возведения ПФЗ.

Практическая применимость заявленного способа возведения ПФЗ под эксплуатируемыми объектами показана на следующем примере.

Участок для размещения подземного торгового центра выделен в городской черте, застроенной жилыми домами разной этажности.

Для обеспечения благоприятных условий ведения подземного строительства запроектирована контурная гидродинамически совершенная ПФЗ инъекционного типа. Намеченная трасса завесы пересекает существующий жилой дом, то есть участок завесы необходимо соорудить в обводненных грунтах под его фундаментами.

Выделенный под строительство участок сложен разнозернистыми, преимущественно среднезернистыми обводненными песками 7, содержащими линзы плотных песчаников. Мощность песчаной толщи на участке ПФЗ составляет 11,4 м, мощность обводненной части толщи - 6,3 м. Среднее значение коэффициента фильтрации равно 126 м/сут. Уровень грунтовых вод на момент проведения инженерных изысканий находился на глубине 5,1 м. Сезонные колебания уровня грунтовых вод не превышают 1 м. Грунтовые воды по отношению к бетону не агрессивны.

Пески подстилают водоупорные глины 8.

5-этажный жилой дом, под которым предстоит соорудить ПФЗ, имеет подвальное помещение. Фундаменты дома заглублены на 3,0 м от планировочной отметки.

С целью сооружения завесы в 7 метрах от южного фасада дома заложен вертикальный шахтный ствол №2 глубиной 12,5 м, диаметром в свету 3,6 м. Для бурения горизонтальных инъекционных скважин выбрана установка лучевого бурения УЛБ-130М, выпускаемая ФГУП ВИОГЕМ (г.Белгород), которая предназначена для проходки скважины в обводненных неустойчивых породах.

В качестве тампонажного состава принят глиноцементный раствор на основе портландцемента и бентонитовой глины до 50% и В/Ц=2, что обеспечит прочность закрепленных грунтов около 3 МПа. Для обеспечения высокой надежности закрепления песков приняты минимальные значения радиусов закрепления среднезернистых песков глиноцементными растворами. Поэтому расстояние (по вертикали) между горизонтальными инъекционными скважинами было назначено равным 1 м.

Исходя из указанных соображений для создания ПФЗ заложено бурение 8-и инъекционных скважин, протяженностью по 37 м каждая, при этом нижняя скважина закладывается непосредственно у водоупора песков.

Контрольно-наблюдательные скважины 9 размещаются с обеих сторон вдоль сооруженной ПФЗ, как это показано на чертеже, имеют глубину 6 м и проходятся мотобуром диаметром 56 мм.

После сооружения завесы с внешней стороны противофильтрационного экрана ограждения создаются условия подпора грунтовых вод. С целью предотвращения подъема уровня грунтовых вод и развития подтопления жилых домов на территории, прилегающей к ПФЗ, из ствола 2 в направлении зданий, защищаемых от подтопления, закладываются горизонтальные (слабонаклонные) лучевые дренажные скважины длиной от 30 до 70 м, оборудованные сетчатыми фильтрами диаметром 130 мм. Устья скважин в стволе оборудуются задвижками. Лучевые скважины находятся на 0,5-1 м выше кровли водоупора. Работа насосной автоматизируется. Дренажные воды отводятся в канализационную сеть.

Наблюдения за положением уровней грунтовых вод по наблюдательным скважинам начинаются после истечения срока схватывания тампонажных составов и продолжаются до наступления установившегося режима фильтрации.

Способ сооружения вертикальной инъекционной противофильтрационной завесы под существующими сооружениями, отличающийся тем, что на участке, занимаемом сооружением, вертикальные инъекционные скважины заменяются горизонтальными скважинами, располагаемыми в одной вертикальной плоскости с шагом по высоте, устанавливаемым в зависимости от проницаемости тампонируемых пород, при этом длина горизонтальных скважин превышает ширину пересекаемого завесой сооружения, чтобы они выходили за контуры сооружения и обеспечивали стыковку завесы с ее продолжением, инъекционные скважины сооружаются из вертикального ствола, пройденного на глубину, превышающую положение почвы тампонируемых пород, что необходимо для организации водосборника, в качестве закрепляющих составов применяются различные по вязкости твердеющие смеси, выбираемые с учетом фильтрационных характеристик водосодержащих пород и агрессивных свойств подземных вод, для предотвращения возникновения процесса подтопления на территории с внешней стороны завесы из пройденного ствола в направлении защищаемых сооружений закладываются лучевые дренажные скважины, а поступающие в ствол воды перекачиваются в канализационную систему.