20 лет уникальной технологии укрепления оснований фундаментов

В 2010 году исполнятся 20 лет уникальной строительной геотехнологии укрепления грунтов под основаниями зданий высоконапорной инъекцией.

Сегодня эта технология признана одной из самых эффективных и рентабельных при строительстве новых объектов любой сложности и этажности и выведения из аварийного состояния действующих строений. Автором разработки является генеральный директор новосибирской проектно-строительной компании «Фундамент», зав. лабораторией НИЛ УОФ НГАСУ (Сибстрин), Александр Васильевич Лубягин.

Идея улучшения свойств грунтов инъецированием в них не укрепляющих, а уплотняющих растворов существует давно. Она кажется очевидной благодаря успешному применению цементации для улучшения свойств грунтов. Но цементация, т.е. пропитка межчастичного пространства цементным молоком, имеет очень ограниченное применение (крупнообломочные грунты) из-за невозможности его проникновения в поры песчаных и, тем более, глинистых грунтов. Тогда идея пропитки заменяется идеей разрыва сплошности грунта и образования линз уплотняющего раствора, который, внедряясь в грунт, делает его плотнее, прочнее и менее сжимаемым.

На все попытки внедрения разрывных технологий разрушались о низкую надежность метода и непредсказуемость результатов инъектирования. Причина этого была проста, естественна и, поэтому, практически непреодолима. Эта причина заключалась в стремлении уплотняющего пластичного раствора распространяться в сторону уменьшения градиента напора.

Подобно пробке, выталкиваемой градиентом напора воды из глубины на поверхность, раствор движется в поле напряжений создаваемых его собственным напором, полем напряжений от веса вышележащего грунта и полем напряжений от существующих фундаментов. Поэтому невозможно уплотнить грунт в основании еще не изготовленного фундамента (раствор прорывается на поверхность). По этой же причине невозможно с достаточной надежностью уплотнить грунт под существующим фундаментом. Уплотняющий раствор движется из-под подошвы фундамента в стороны, где меньше давление. Гарантировать какие-либо свойства грунта в зоне уплотнения при этом совершенно невозможно, как невозможно добиться высоких стабильных характеристик уплотненного грунта. Именно по этой причине СНиП 2.02.01-83* запрещает выполнять цементацию грунтов с разрывом их сплошности.

В 1989 г. Лубягина заинтересовал процесс движения уплотняющего раствора в грунте. Он выяснил, что при нарушении режимов цементации образуются разрывы сплошности грунта, заполняемые цементным раствором. Цементный раствор затвердевает в грунте в виде линз и клиньев различной толщины.

Разрыв сплошности грунта представлял собой трещину, растущую в сторону наименьшего давления в поле напряжений основания. Следовательно, если создать границу вокруг зоны уплотнения, то рост трещины прекратиться у этой границы, и она будет только утолщаться, уплотняя окружающий ее грунт.

Создать границу зоны уплотнения можно ограничив контур этой зоны жесткими элементами, сваями или шпунтом. Как показали опыты, это был надежный, но дорогой способ.

По словам Лубягина, в тот момент он вспомнил, как автомобилисты прекращают развитие трещины в лобовом стекле. Они просверливают отверстие на пути трещины и она, попав в это отверстие, прекращает рост. Это происходит, потому что нарушаются сплошность массива, а трещина стремится в отверстие, т.к. вокруг него создается градиент плотности и напряжения.
Лубягин предложил создавать контур зоны уплотнения разрушением структуры природного грунта на контуре, что можно сделать с помощью той же разрывной инъекции, которая переминает грунт в месте его разрыва.

В 1990 г. к Лубягину обратилось руководство шахты «Ярославская» г. Ленинск-Кузнецка с просьбой остановить разрушение своего дома культуры. Проанализировав, характер разрушений новосибирские инженеры пришли к выводу, что они вызваны неравномерными осадками фундаментов здания, и решили использовать эту технологию, названную ими высоконапорной инъекцией. Был разработан проект усиления и летом 1990 г. специалисты шахты под патронажем группы Лубягина приступили к усилению основания.

Работы велись 2 месяца и их результаты превзошли ожидания. В результате усиления основания фундаментов не только прекратились осадки здания, но и перестали поступать в подвал грунтовые воды, т.е. усиленный инъекцией грунт превратился в противофильтрационную завесу.

Это был самый первый натурный опыт использования технологии высоконапорной инъекции для усиления основания фундаментов.
Успешное усиление основания фундаментов дома культуры шахты им. Ярославского стало надежным фундаментом для дальнейшего развития и теоретического обоснования метода высоконапорной инъекции. В 1997 г. ПСК «Фундамент» получил Патент РФ №2119009, установивший приоритет в мире на эту технологию.

На сегодняшний день специалистами предприятия выполнено более 200 объектов с использованием этого метода и не получено ни одной рекламации.

Ученые компании «Фундамент» и лаборатории Усиления Оснований Фундаментов НГАСУ исследуют свойства усиленного высоконапорной инъекцией основания (геокомпозита - по определению академика РАН Осипова В.И.). По результатам исследований готовятся к защите две кандидатские диссертации и еще два аспиранта продолжают изучение свойств геокомпозита. Результаты исследований опубликованы в научных журналах, докладывались на международных научно-технических конференциях, популяризируются журналом «Проектирование и строительство Сибири».

Исследование свойств геокомпозита началось в руководимой Лубягиным научно-исследовательской лаборатории Усиления Оснований Фундаментов НГАСУ и ныне ушедшими из жизни докторами технических наук В.М. Сбоевым и Х.Б. Ткачем. В настоящее время к работе над усовершенствованием технологии привлечены профессор Федоров В.К., доктора технических наук А.П. Криворотов, А.П. Бобряков, О.А. Коробова, аспиранты П.В. Зубачев, П.А. Савков, А.Б. Воробьев и Д.В. Гришин.

В развитии практического использования технологии значительный вклад внесли зам. директора фирмы К.М. Нагибнев и главный инженер фирмы А.М. Аннаматов.

По словам Александра Лубягина, идея метода из-за своей простоты и эффективности оказалась настолько привлекательной, что появилось много фирм использующих высоконапорную инъекцию. Однако при этом, к сожалению, действуют они без глубокого понимания сути. Это не только является противозаконным, т.к. нарушает Патентное право и посягает на интеллектуальную собственность, но и приводит к некачественному усилению основания. Зачастую ведутся эти работы под названием «цементация» без выполнения полного технологического цикла высоконапорной инъекции, т.е. только контурное инъектирование или только инъектирование раствора под фундамент без контура, а этот метод, о чем говорилось в начале статьи, обладает низкой надежностью и запрещен СНиП 2.02.01-83*.

Так же появились проекты с разреженными элементами контура, не обеспечивающими надежного удержания уплотняющего раствора в зоне уплотнения.

Исполнение таких проектов приводит к кратковременному эффекту, но уже сейчас имеется много зданий, деформации которых возобновились через 3-5 лет после осуществления паразитных проектов.

Такое усиление основания фундаментов, внешне схожее с высоконапорной инъекцией, дискредитирует оригинальный метод Лубягина в глазах строителей и проектировщиков.

Сегодня предприятие «Фундамент» и НИЛ УОФ НГАСУ продолжают совершенствовать практику и теорию метода высоконапорной инъекции, понимая его высокую значимость для строительства и эксплуатации зданий и сооружений.