Рязань Успенский собор. Схема последовательности подводки фундаментов. 1 – линия шурфов;2 – участок ранней подводки фундаментов; 3 – проемы, закладываемые во время подводки фундаментов; 4 – участки подводки фундаментов.

Химическое закрепление грунтов основания

Как показал многолетний опыт строитель­ства, в целях прекращения деформаций для усиления основания архитектурного памятника целесообразно применять химическое закреп­ление грунтов под фундаментами. Советская архитектурная практика в настоящее время располагает разными способами такого хими­ческого закрепления.

Успешному применению разработанных глубинных способов закрепления в значитель­ной степени способствовало установление опре­деленных границ применения той или иной ре­цептуры закрепляющих растворов в грунтах с определенным коэффициентом фильтрации. Здесь приводится таблица, в которой указаны химические реагенты, используемые в различ­ных рецептурах, границы применения этих рецептур, характер геля и закрепления По горизонтали в таблице приве­дены наименования грунтов и величина коэф­фициента фильтрации. При этом крупнозерни­стые, более проницаемые грунты расположены слева направо с постепенным уменьшением их водопроницаемости. Исходные материалы для закрепления грунтов представлены цементом, силикатом и смолами, а для введения химиче­ских растворов в глинистые грунты использу­ется постоянный электрический ток.

Архангельск. Колокольня Боровско-Успенской церкви. Схема выпрямления, выполненная П. Н. Покрышкиньш в начале XX в. Детали нижнего окна после выпрямления (а) и до выпрямления (б)

Классификация физико-химических способов закре­пления грунтов, разработанная проф. Б. А. Ржаницыным

Для хорошо проницаемых грунтов разра­ботана рецептура цементно-глинистых раство­ров. Эти растворы по сравнению с цементно-песчаными имеют преимущества, они легче прокачиваются насосами и меньше их изна­шивают, при продвижении в трещинах и по­рах грунтов двигаются как тиксотропные с тупым углом и дают 100%-ный выход водо­непроницаемого камня. Эти растворы целе­сообразно применять в песчано-гравелистых грунтах с коэффициентом фильтрации от 80 до 500 м/сут.

Учитывая, что современный крупный по­мол цемента не позволяет цементным части­цам проникать в поры песков, для закрепле­ния этих грунтов применяется раствор, со­стоящий из силиката и глины. При этом в зависимости от качества используемой глины границы применимости характеризуются грун­тами с коэффициентом фильтрации от 60 до 100 м/сут при использовании местных глин и от 20 до 50 м/сут при применении бентонито­вых глин. Для прочного закрепления песча­ных грунтов разработан способ, основанный на поочередном нагнетании в песчаный грунт двух растворов: силиката натрия и хлористо­го натрия. Б результате химической реакции между этими растворами в порах грунта вы­деляется гель кремниевой кислоты, грунт бы­стро закрепляется, становится водонепроница­емым с прочностью 20—60 кгс/см2, а само закрепление долговечно.

Для мелкозернистых песчаных грунтов, имеющих коэффициент фильтрации от 0,5 до 5 м/сут, разработан способ однорастворной силикатизации с помощью фосфорной кисло­ты, серной кислоты и сернокислого алюминия, алюмината натрия и кремнефтористоводородной кислоты. При этом способ однораствор­ной силикатизации с помощью кремнефтори-стоводородной кислоты наиболее эффективен и дает значительную прочность закрепления порядка 20—50 кгс/см2. Кроме того, он поз­воляет закреплять мелкие песчаные грунты с любым содержанием гумуса. Эта категория грунтов может быть также успешно закрепле­на разработанным в последние годы спосо­бом газовой силикатизации, основанным на поочередном нагнетании в грунт силиката натрия и углекислого газа по схеме; СО2 — силикат натрия — СО2. Грунт при этом при­обретает прочность, равную 8—15 кгс/см2.

Начиная с 1959 г. в строительстве приме­няется разработанный Институтом оснований способ закрепления мелких песков карбамидной смолой. Карбамидная смола, продукт поликонденсации формальдегида с мочевиной и ее производными, способна полимеризоваться при нормальной температуре в присутствии отвердителя — соляной, щавелевой кислот или хлористого аммония. Закрепление мелкозер­нистых песчаных грунтов карбамидной смо­лой (КМ с отвердителем в виде 3- и 5%-ного НС1), обеспечивающее этим грунтам достаточ­но высокую прочность закрепления порядка 50 —80 кгс/см2, успешно применяется в строи­тельстве. В связи с развитием химии и уде­шевлением исходных для закрепления хими­ческих продуктов он находит все более широ­кую сферу использования.

Для закрепления просадочных лессовых грунтов применяется однорастворная силика­тизация, заключающаяся в нагнетании в грунт силиката натрия с удельным весом 1,13. Прочность закрепления 15—40 кгс/см2. Для закрепления глинистых грунтов используется явление электроосмоса. При вводе в грунт химических растворов этим способом глини­стому грунту сообщается водостойкость и лик­видируется его пучинность.

Располагая таким арсеналом приемов химического закрепления грунтов при лечении основания памятника архитектуры, всегда можно подобрать, в зависимости от геологии участка и фильтрационных свойств грунтов, наиболее рациональный в данных условиях метод.

Уменьшение несущей способности естест­венных грунтовых оснований связано главным образом с лессовыми просадочными грунтами.

Одним из примеров значительных дефор­маций на таких грунтах и последующих меро­приятий по их ликвидации может служить Одесский оперный театр. Здание театра пост­роено в 1887 г. архитекторами Ф. Фельнером и Г. Гельмером (рис. 107, 108). Театр имеет 5 ярусов и двухэтажный подвал. Высота здания 30 м, площадь 5000 м2, объем 100 тыс. м3. Ос­новной несущий остов здания — каменные стены из кирпича и плотного известняка. Фун­даменты здания ленточного типа из плотного известняка шириной от 2 до 0,6 м. В 1900 г. были обнаружены значительные неравномер­ные осадки: восточная сторона здания осела местами до 21 см, полы осели от 6,5 до 11 см. Некоторые стропильные фермы также значи­тельно изменились. Экспертная комиссия ре­комендовала исключить замачивание под фун­даментами путем прокладки коммуникаций в проходных тоннелях. Это было выполнено, но осадки продолжались.

Закрепление проводилось в полукруглой части здания в два ряда инъекторов, в прямо­угольной—в один ряд. Инъекторы забива­лись вертикально на расстоянии 10—15 см от стены (1 ряд) и на 1 м друг от друга. Забивка осуществлялась с помощью колонкового перфората КИМ-4, в котором бур был заменен бойком. Скорость забивки составляла 12— 20 м/ч, радиус закрепления от одного инъектора—0,6 м. Силикатный раствор рабочей концентрации нагнетали по заходкам сверху вниз, величина заходки 1,3 м. Число заходок зависело от мощности напластования лессо­вых грунтов и колебалось от 3 до 8. В каж­дую заходку нагнетали 514 л раствора. Нагне­тание раствора осуществлялось тремя шести-плунжерными насосами НС-1.Давление при нагнетании раствора в основном колебалось в пределах 1 3 атм. Скорость нагнетания раствора в среднем составляла 4 л/мин. Од­новременно нагнетали в 6 и более инъекторов. За сутки при работе в 3 смены (по 18 человек в смену) закреплялось 50 м3 грунта.