НИОКР. Научно-технологическое сопровождение строительства, инъекционное закрепление грунтов.

Разработка и совершенствование технических средств и технологических методов для инъекционных и струйных технологий

Разработка рецептур рабочих растворов, мелкозернистых бетонов и пр.

Внедрение результатов НИОКР в производство, научное сопровождение строительства

Для выполнения специальных работ по укреплению грунтов в ЗАО «Геострой» с середины 90-х г.г. прошлого столетия ведутся научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР) прикладного характера, и ведутся они в двух основных направлениях:

1. разработка и внедрение технических средств и рабочих растворов для укрепления грунтов по инъекционным технологиям;
2. разработка, внедрение и совершенствование средств и растворов для укрепления грунтов по технологии Jet Grouting.

1. Разработаны и усовершенствованы технические средства для инъекционной технологии наступающими (нисходящими) заходками и инъекционной манжетной технологии. При этом укрепление тела фундамента и контактной зоны, а также при инъекции скальных грунтов бурение скважин и инъекцию выполняют:

 а) способом наступающих заходок с использованием кондуктора: скважина бурится на глубину первой заходки и после промывки инъецируется. Затем цементный камень после ОЗЦ в пределах заинъекти-рованной зоны разбуривается, скважина углубляется на следующую заходку, производится нагнетание инъекционного раствора в эту заходку, ОЗЦ, разбуривание цементного камня и т. д. до тех пор, пока не будет выполнено нагнетание раствора в контактную зону (рис. 1);

Рис. 1. Укрепление тела фундамента и контактной зоны через трубу-кондуктор

 б) способом как нисходящих, так и восходящих заходок с использованием одинарного пакерующего устройства: в первом случае с бурением скважины на длину заходки и последующим разбуриванием, во втором случае — на полную глубину без разбуривания; после установки на проектную глубину пакера (в первом случае начинают с 1-й заходки, во втором случае — с 5-й заходки) интервал скважины инъецируется, скважина оставляется на ОЗЦ, после чего цикл повторяют (рис. 2).

Рис. 2. Укрепление тела фундамента и контактной зоны с использованием пакерующего устройства

в) для укрепления грунтов основания с низкой несущей способностью разработана инъекционная технология с использованием манжетных колонн. Данная технология позволяет выполнять инъекцию грунтового массива как в восходящем, так и в нисходящем порядке, причем при манжетной технологии имеется возможность возврата к нагнетанию в любом интересующем интервале.

Основным преимуществом этой технологии перед другими является поинтервальное инъецирование укрепляемых грунтов, что позволяет надежно управлять инъекционным процессом.

Порядок выполнения операций при этом следующий (рис. 3):

• бурение инъекционной скважины на проектную глубину с укреплением при необходимости ее стенок;
• установка в скважине манжетной колонны, оборудованной центраторами;
• установка в манжетной колонне на последней манжете двойного пакера-обтюратора;
• нагнетание в затрубное пространство обойменного раствора до выхода его через устье скважины;

Рис. 3. Стабилизация грунтов основания фундамента с использованием манжетной технологии (обозначения см. на рис. 1, 2)

• после затвердевания обойменного раствора в скважину на первоочередной интервал устанавливают двойной пакер и выполняют нагнетание расчетного количества инъекционного раствора, после чего пакер переставляют на очередной интервал и продолжают нагнетание, и так выполняют работы по всему проектному интервалу каждой скважины.

Для успешного выполнения работ по инъекционным технологиям разработаны следующие технические средства:

• устьевая арматура;
• измерительные узлы;
• манжетные трубы;
• винтовые одинарные пакерующие устройства;
• двойные пакеры-обтюраторы.

Разработаны составы рабочих растворов для инъекционных работ:

• обойменных растворов;
• инъекционных растворов;
• апробированы в лабораторных условиях новые добавки к бетонам и технологическим растворам.

2. Разработаны и усовершенствованы технические средства для струйных технологий (Jet Grouting):

• конструкции гидромониторов для создания грунтоцементных свай;
• конструкций гидромонитора для направленного jet grouting;
• конструкций гидромониторов с целью использования дополнительных видов энергии (энергии импульсов и др.)

Разработаны рецептуры растворов для струйных работ.

Кроме того:

• подобраны рецептуры мелкозернистых бетонов для их приготовления непосредственно на производственных объектах при устройстве буронабивных и буроинъекционных свай;
• разработаны рецептуры растворов повышенной водонепроницаемости для устройства буроинъекционных свай.

Ведется постоянное внедрение в производство результатов НИОКР и научное сопровождение производственных процессов.

Результатом научной деятельности является успешное выполнение специальных работ в грунтах при строительстве, реконструкции и капитальном ремонте зданий и сооружений в любых инженерно-геологических условиях, в том числе в условиях плотной городской застройки Санкт-Петербурга, особенно в исторической центральной его части.

Примеры успешного выполнения специальных работ на строительных площадках:

1. Инъекционное закрепление грунтов наступающими заходками в комплексе с устройством буроинъекционных свай на объекте строительства подземного гаража по адресу ул. Пархоменко,14. На фото рис.1 видно, что грунт закреплен, котлован вскрыт без негативных последствий.
2. Инъекционное закрепление грунтов вокруг вестибюля станции метрополитена «Новочеркасская».

Для закрепления грунтов использована инъекционная манжетная технология, разработанная в ЗАО «Геострой». На рис.3 показаны результаты георадиолокационной съемки с помощью сверхширокополосного зондирования (СШПЗ) до и после выполнения инъекционных укрепительных работ. «Посветление» отснятого СШПЗ грунтового массива свидетельствует об укреплении грунтового массива и приобретении им более однородного характера.

3. Инъекционное упрочнение грунтов в основании резервуара технических вод на очистных сооружениях пивоваренной компании «Балтика».

На приведенном ниже рисунке 3 видно, как изменялась ситуация, характеризуемая увеличением скорости прохождения сейсмических волн, на разных этапах выполнения работ по инъекционному укреплению грунтов вокруг резервуара — увеличение скорости сейсмических волн в закрепленном грунтовом массиве намного выше, чем в незакрепленной его части.

Рис.1. Инъекционное закрепление грунтов в промежутках между буроинъекционными сваями на объекте по адресу: ул. Пархоменко,14.

Рис.2. Укрепление грунтового массива в районе станции метро «Новочеркасская»

4. На рис.4 показаны результаты выполненных работ по укреплению грунтов при строительстве комплекса перегрузки минеральных удобрений в морском порту г.Выборг Ленинградской области. Укрепление грунтов выполнялось с применением технологии Jet Grouting. Укреплены были стенки и днище котлована. На фото видно, что котлован совершенно сухой, хотя и находится всего в 10 м от причала порта.

Рис.4. Укрепление стенок и днища котлована на объекте в г. Выборг.

5. На рис.5 показаны результаты работ, выполненных с использование струйной технологии на проспекте Наставников. Использована технология Jet 2 для укрепления весьма неустойчивых грунтов в днище и в местах разрыва в шпунте при строительстве траншеи большой протяженности.

Рис.5.

6. На рис.6 показаны результаты закрепления грунтов между касательными буронабивными сваями с использованием струйной технологии направленного характера. Эта технология позволяет получать двукратную экономию цемента и добавок при производстве укрепительных работ. На эту технологию ЗАО «Геострой» получен патент «Способ возведения в грунте несуще-ограждающих противофильтрационных конструкций и устройство для его осуществления». Патент на изобретение № 2378453 от 2008г.

По инъекционной технологии и технологии Jet Grouting специальные работы в грунтах выполнены силами ЗАО «Геострой» более чем на 100 объектах в Санкт-Петербурге, Ленинградской и Новгородской областей. Результаты были всегда положительными.

Публикации.

Результаты выполненных в ЗАО «Геострой» НИОКР регулярно публикуются журналах, докладываются на российских и международных конференциях.

Примеры публикаций приведены ниже:

1. А. Г. Мацегора, А. И. Осокин, В. Б. Иванищев. Устройство противофильтрационных завес (ПФЗ) способом Jet Grouting. «Строительство и реконструкция», № 2(63), Санкт-Петербург, 2002.
2. Безродный К.П., Мацегора А.Г., Осокин А.И. Предотвращение осадок поверхности при строительстве станции метрополитена. «Тоннельное строительство России и стран СНГ в начале века: опыт и перспективы». Труды Международной научно-практической конференции, Москва, 2002 г.
3. А. Г. Мацегора О. В. Горт, С. Н. Сотников, А. И. Осокин, , В. Б. Иванищев. Упрочнение грунтов при реконструкции листопрокатного цеха № 3 в г. Колпино, Ленинградской области. Сб. докладов на 58-й международной научно-технической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы архитектуры, строительства и транспорта», Санкт-Петербург, 2005.
4. Иванищев В.Б., Мацегора А.Г., Осокин А.И.,Сбитнева О.В. Устройство ограждающей конструкции методом Jet Grouting для проходки вертикальных выработок. Геотехника: актуальные теоретические и практические проблемы. Межвузовский тематический сборник трудов. С-Петербург, 2006.
5. Давыденко С.Л., Иванищев В.Б., Мацегора А.Г., Осокин А.И. Jet Grouting — как метод усиления слабых оснований дорог. Геотехника: актуальные теоретические и практические проблемы. Межвузовский тематический сборник трудов. С-Петербург, 2006.
6. А. Г. Мацегора, А. И. Осокин, В. А. Ермолаев. Инъекционное укрепление грунтов основания фундаментов. «Промышленное и гражданское строительство», Санкт-Петербург, № 7, 2006.

Всего публикаций по результатам выполненных НИОКР и укрепительных работ на производственных объектах ЗАО «Геострой» насчитывается более полусотни.

Кроме того получен патент на научную разработку:

Верстов В.В., Иванищев, В.Б., Мацегора А.Г., Осокин А.И. Способ возведения в грунте несуще-ограждающих противофильтрационных конструкций и устройство для его осуществления. Патент на изобретение № 2378453 от 2008г.

Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по совершенствованию существующих технологий и разработке новых конструкций для применения на производственных объектах в ЗАО «Геострой» продолжаются в направлении создания инъекционной технологии, базирующейся на применении быстросхватывающихся растворов и технологии Jet Grouting c применением наложенных физических полей.

Телефон отдела НИОКР : +7 (812) 713 26 77

Контактное лицо: Анатолий Григорьевич МАЦЕГОРА, заместитель генерального директор по НИОКР