Восстановление оснований фундаментов с карстовыми образованиями

При реконструкции жилых зданий старого фонда часто встречаются ситуации, когда многочисленные аварии сетей водоснабжения и канализации приводят к размыву и образованию полостей и карстовых явлений. Их образование приводит к значительному перераспределению нагрузок на фундаменты и способствует неравномерной осадке и появлению трещин в стенах, перекрытиях и узлах сопряжения конструктивных элементов.

Наиболее важным этапом является определение геометрического положения полостей и карстовых образований. До настоящего времени это была довольно сложная и трудоемкая задача, основанная на сейсмическом зондировании и механическом определении с помощью устройства скважин. Несмотря на высокую трудоемкость и стоимость выполнения работ, точность оценки карстовых образований и их геометрических размеров была достаточно условной.

Для более точной оценки «просвечивания» толщи грунта и состояния основания фундаментов ГПНИИ Приборостроения им. В.В. Тихомирова разработан ряд георадаров, работающих в диапазоне частот от 25 до 1200 МГц и обеспечивающих зондирование сред, грунта и включений на глубине от 0,5 до 30 м с разрешающей способностью от 0,05 до 2 м.

Георадары состоят из антенного блока, блока обработки и управления индикацией, питания, телескопическими штангами, датчиками перемещения и др.

Антенный блок включает приемопередающие антенны, передающие и приемные устройства и системы обработки информации. Тип антенного блока определяет глубину зондирования и разрешающую способность георадара.

Основной принцип работы георадаров состоит в подаче сигнала с поверхности земли определенной частоты и регистрации отраженного от границы раздела сред менее интенсивного сигнала. Для получения физической картины толщи грунта осуществляется перемещение георадара в исследуемой площади с периодической или непрерывной подачей частоты. Обработка результатов путем оценки интенсивности отражения сигналов позволяет получать трехмерную картину состояния основания на различной глубине (рис. 6.5).

Рис. 6.5. Регистрация георадаром металлических труб (1) и карстовых полостей (2)

Для обработки оценки результатов измерений используется программное обеспечение с разнообразными методами обработки на основе математического моделирования, спектрального анализа и различной формы визуализации георадиолокационной информации. Использование персональных ЭВМ в виде «ноутбуков» с операционной системой Windows позволяет получать пространственное очертание различного рода полостей и дефектов по толщине слоев и объему исследуемой площадки.

Для глубины зондирования от 1,0 до 30 м используются две модели георадаров: «Око-М1Д» и «Око-М1».

Первая модель использует генерируемую частоту 25, 50 и 100 МГц, что обеспечивает глубину зондирования от 30 до 10-15 м. Для меньших глубин используется вторая модель, которая генерирует частоту от 150 до 1200 МГц, что позволяет зондировать толщины грунта от 12 до 0,3 м.

Георадар «Око-М1» может успешно использоваться для оценки не только карстовых образований, но и различных включений в виде валунов, металлического лома и др., что исключительно важно при выполнении реконструктивных работ путем пристройки по периметру зданий объемов, требующих устройства свайного основания.

Различные конструкции георадаров используют излучатели с управляемой частотой излучения, которая определяет их технические возможности. В таблице 6.5 приведены зависимости разрешающей способности георадаров от центральной частоты излучения. Она же определяет максимальную глубину и метровые зоны.

Таблица 6.5

Более высокой разрешающей способностью обладает георадар «Лоза». Он состоит из излучателя, приемника и блока обработки информации (сигналов).

Технические решения, используемые в данном комплекте, позволяют получать на экране радарограммы, лишенные паразитных колебаний, что дает возможность без компьютерной обработки решать многие задачи непосредственно на участке обследования.

Разрешающая способность георадара зависит от характеристики грунта, его влажности и плотности. Глубина зондирования для сухих и влажных песков составляет соответственно 50 и 25 м, для глин - 8, супесей - 12 м. Разрешение по глубине составляет 0,1 м.

С помощью георадара обеспечивается контроль за положением инженерных сетей, фактическим расположением свай и фундаментов, контроль за состоянием грунта в зоне строящихся и эксплуатируемых зданий.

Одним из эффективных средств борьбы с карстовыми явлениями и образованием полостей является нагнетание расширяющихся самоотверждающих композиций. К таким композициям следует отнести вспененные тампонажные растворы с поверхностно-активными веществами (ПАВ) (амоносульфонафтен, акрилсульфат и др.). Разработками ВНИИОСП им. Н.М. Герсеванова доказана эффективность использования вспененных цементно-песчаных растворов. Устойчивый пенистый раствор (двукратное вспенивание) получается при внесении 1 % добавки массы цемента. Плотность образующегося раствора составляет 0,3-1,7 г/см³. Замкнутые поры затвердевшего раствора достигают прочности в пределах 0,5-4,5 МПа.

Более дешевыми материалами являются сульфатостойкие тампонажные растворы с добавлением гипса в количестве 5-7 % массы цемента. Прочность массы после твердения в течение 28 сут составляет 6-7 МПа при расходе цемента М400 до 380 кг, воды - 47 л, песка - 1135 кг, гипса - 7,5 кг (плотность раствора 1,9-1,93 т/м³).

Имеется достаточно успешный опыт использования в этих целях фосфогипса, зол ТЭЦ гидроудаления с небольшой добавкой цемента и ПАВ и других материалов.

Технология производства работ (рис. 6.6) предусматривает: определение зон и границ расположения полостей с использованием виброакустического зондирования; устройство входных и контрольных отверстий для нагнетания композиции; приготовление смесей и их закачивание в полости.

Рис. 6.6. Технологические схемы заполнения карстовых полостей тампонажными растворами
а - с использованием бетононасосного транспорта; б - с помощью крана и бадьи; 1 - автобетоносмеситель; 2 - бетононасос; 3 - обсадная труба; 4 - бадья с тампонажным раствором; 5 - автокран; 6 - смеситель; 7 - загрузочный транспортер; 8 - зона тампонирования

Комплект машин и механизмов включает: бурильные станции колонкового действия, обсадные трубы; смесители для приобъектного приготовления тампонажных смесей и трубопроводный транспорт - растворо- и бетононасосы.

По мере заполнения полостей тампонажными растворами производится контроль заполняемости, интенсивности твердения и физико-механических характеристик затвердевшей массы. Последние определяют путем выбуривания кернов на полную глубину с испытанием отдельных зон.