Методы укрепления грунта и фундаментов

В процессе возведения или ремонта различных строений нередкой проблемой становится недостаток прочности грунта под сооружением.

И в этом недостатке таится нешуточная опасность: недостаточно прочный фундамент может не вынести всю массу тяжелого сооружения, принимая ее на себя целиком.

Любое грунтовое основание можно отнести к одной из двух основных категорий – стабильный либо нестабильный грунт. Первые отличаются плотной и сухой структурой, которая хорошо переносит даже очень существенный вес сооружения.

Второй тип нуждается в дополнительных мерах для улучшения и обеспечения надежного фундамента будущей или уже существующей постройки.

Грунтовые подушки. Способ подразумевает замену грунта со слабонесущими свойствами на малосжимаемый. Обычно используют песок, щебень, шлак. Такой фундамент необходимо уплотнить, чтобы он не оседал в дальнейшем.

Шпунтовые ограждения. Эту технологию применяют, чтобы слабонесущий грунт не выпирал из-под фундамента, для этого по периметру последнего выстраивается ограждение из свай, достигающих плотного грунтового слоя.

Армирование. Данный подход дает возможность сделать грунт прочнее и предотвратить просадку. Технология основана на введении в грунт специальных элементов высокой прочности, обеспечивающих нужные свойства фундамента. Элементы могут быть из следующих материалов:

• бетон;
• железобетон;
• грунтоцемент;
• цементно-песчаный раствор и т.д.

Противофильтрационные завесы. Эта методика используется, чтобы предотвратить фильтрацию грунтовых сквозь массив основания. Технология подразумевает закачку тиксотропной суспензии в заранее пробуренные скважины.

Георешетка. Укрепляющая фундамент решетка – трехмерное сооружение из перфорированной ленты. Она хорошо фиксирует фундамент, с целью чего пространство внутри нее заполняют грунтом или специальными веществами. Слой укрепленного таким образом грунта обычно не превышает 25 см.

Геотекстиль. Эту методику применяют для многослойного укрепления грунта. Этот материал пропускает влагу, но предотвращает перемешивание слоев, обеспечиваю оптимальное распределение нагрузки между ними.

Геосетка. Эта технология позволяет растянуть нагрузку на грунт под фундаментом. Сетка – довольно редкий выбор, обычно она сочетается с иными конструкционными решениями.

Необходимо отметить, что методика армирования является достаточно дорогостоящей, поэтому профессионалы все чаще отдают предпочтение более современным подходам, о которых будет сказано в разделе «физико-химические способы».

Силикатизация (силикатирование). Одним из простейших способов является закачка жидкого стекла в грунтовый слой. Для этого также применяются предварительно пробуренные скважины и трубы для подачи состава. Силикатирование позволяет заметно укрепить основание, но его морозостойкие качества оставляют желать лучшего.

Цемент и инъекции. Этот способ используется, чтобы обеспечить основанию нужные характеристики, добавляя в него цемент. Технологически процесс заключается в смешивании грунта с цементным раствором. С этой целью используют шнековый бур с подводящей штангой. Работающий шнек закачивает цементный раствор, который смешивается с грунтовым слоем. Этот метод недорог и результативен, им часто пользуются, когда грунт имеет повышенную влажность.

Цементация под давлением или Jet grouting. Метод струйной цементации подразумевает подачу цементного раствора под большим напором. Это позволяет одновременно и «пробивать» грунтовый слой, и насыщать его укрепляющим раствором. Технология требует наличия специального оборудования, ввиду его тяжести и крупных размеров затруднительно применять внутри помещений.

Глинизация. В рамках данной методики в грунт нагнетают глинистую суспензию, что предотвращает фильтрацию влаги фундаментом. Глина придает водоупорные свойства грунту. Этот способ применяется, если скорость течения грунтовых вод невелика, чтобы глину не вымывало.

Смолизация. Эта методика основана на инъекции в грунт синтетических смол с отвердителями. Ее применяют, чтобы укрепить пылеватые, песчаные грунты и суглинки. Введение смол может осуществляться как вертикально, таки горизонтально.

Выделяется модернизированный метод — композитно-геополимерное инъектирование. Технология, можно сказать, с «искусственным интеллектом», так как попадая в грунт, сама находит разуплотнения в грунте, вбирая в себя песок, гравий, суглинки, таким образом создавая новый композитный усиленный слой грунта. Подробнее о методе пойдет ниже.

Битумизация. Данный способ также помогает сократить фильтрующие характеристики фундамента, он подходит для участков, где скорость течения грунтовых вод достаточно велика. Производится битумизация горячим либо холодным способом, при этом применяется либо расплав битума, либо битумная эмульсия. Эти вещества формируют водонепроницаемую преграду в грунте.

Термообработка. Данную методику применяют, чтобы укрепить фундаменты там, где велика вероятность просадки основания. Технология основана на сжигании топлива в заранее подготовленной скважине, в которую закачивается для этого воздух. Эта технология дает возможность зафиксировать грунт в радиусе свыше 2 м от скважины.

Существует ли оптимальная методика решения проблемы? Да, это современная методика из категории физико-механических решений. Наряду с прочими технологическими решениями, в наше время появился инновационный и высокоэффективный способ, основанный на технологиях и материалах 21 века. Называется он «композитно-геополимерное инъектирование» (КГИ, англ. Geopolymerinjection). К нему прибегает немало компаний, но наряду с прочими свойствами этого метода следует отметить, что есть разница между инъекционными специальными составами, используемыми разными исполнителями работ.

Собственно, метод был разработан учеными в далеком 1975 году, но активно применяется с 2004 года. Его продвигает фирма URETEK из Финляндии, она же занимает лидирующие позиции в практике данной методики.

По своей сути КГИ заключается в закачивании особого полимерного состава в грунтовый слой под фундамент либо иные конструкции.

Это позволяет укрепить основания, а также реконструировать их утраченные свойства и улучшить визуальные свойства сооружения.

Немаловажным плюсом данной технологии является то, что она не нуждается в сложном спецоборудовании и тяжелой технике, не нужно раскапывать землю, делать шурфение или иным образом разрушать пол, фундамент и грунт. Раствор закачивается в нее под сильным напором.

Геополимерный инъекционный состав после закачки в толщу земли расширяется и твердеет в течение 15-20 секунд. В итоге грунт приобретает вертикально ориентированное давление, приподнимающее осевшие сооружения и основания.

Эта современная технология выгодна тем, что дает возможность выровнять и укрепить практически любые полы и фундаменты. Она не является чрезмерно трудоемкой и может применяться в любых климатических условиях. Важно и то, что геополимер полностью безвреден для окружающей среды и грунтовых вод.

Инъекционный метод широко используют при ремонтных работах и реконструкции различных зданий, логистических, дорожных и портовых сооружений.

Достаточно долгий опыт использования метода КГИ позволил установить, что долговечность укрепленного грунта при помощи технологии финской компании URETEK составляет не менее 34 лет (с момента первого применения технологии). Современные исследования демонстрируют, что действительный срок службы материала – гораздо дольше.

Приведем в пример итоги исследований лаборатории Ганноверского университета: длительность службы композитных труб в условиях предельной температуры +133 градусов Цельсия оказалась не ниже 30 лет.

Геополимерным составам в целом присуща химическая инертность при контакте практически со всеми неорганическими и органическими веществами. Ниже приведена таблица итогов лабораторных тестов геополимерного инъекционного состава.